一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统

专利名称：一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111661507.8

专利申请（专利权）人：重庆交通大学,重庆交大国科航科技有限公司
权利人地址：重庆市南岸区学府大道66号

专利发明（设计）人：张鹏,王永强,杨胜发,胡江,李文杰,肖毅,杨云棋,张燃钢,谢青容,金健灵,杨瑾,许克勤,廖江花

专利摘要：本发明公开了一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，涉及激光测流领域，包括底台，所述底台的上端外表面设置有试验水槽，所述试验水槽的上端外表面设置有大架底板，所述大架底板的两侧外表面设置有测量框架。本发明所述的一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，测量框架结构简单，便于组装和拆卸，可灵活用于室内水槽试验；高速相机和激光器具有三向调节功能，提高了PIV测量准确率与布置效率，测量框架可在轨滑动，可准确便捷移动到测量位置；水面导光装置，将激光导入水面以下，可以避免水面波动造成的激光折射影响，测量框架可以针对不同宽度的试验水槽进行大小调节，使用的效果相对于传统方式更好。

主权利要求：
1.一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，包括底台（1），其特征在于：所述底台（1）的上端外表面设置有试验水槽（2），所述试验水槽（2）的上端外表面设置有大架底板（8），所述大架底板（8）的两侧外表面设置有测量框架（3），所述测量框架（3）的上端外表面设置有激光器（7），所述激光器（7）的一端外表面设置有托架立板（13），所述托架立板（13）的一端外表面设置有横向滑台模组（5）和竖向滑台模组（6），所述横向滑台模组（5）位于竖向滑台模组（6）的一侧，所述托架立板（13）的另一端外表面设置有托架平板（15），所述托架立板（13）与托架平板（15）之间设置有托架加固板（14），所述测量框架（3）的中部设置有相机平台（4），所述相机平台（4）包括升降底座（401）、氧化铝升降台（402）、氧化铝升降台上台面（403）与高速相机（404），所述氧化铝升降台（402）位于升降底座（401）的上端外表面，所述高速相机（404）位于氧化铝升降台上台面（403）的上端外表面，所述大架底板（8）的上端外表面设置有50型材（9），所述50型材（9）的上端外表面设置有底座（10），所述底座（10）的上端外表面设置有立板（12），所述底座（10）与立板（12）之间设置有加固板（11），所述大架底板（8）的下端外表面设置有不锈钢轮（16），所述托架平板（15）的下端外表面设置有镀烙杆（18）与滚珠丝杆（19），所述镀烙杆（18）位于滚珠丝杆（19）的两侧，所述滚珠丝杆（19）的一端外表面设置有光学玻璃片（20），所述大架底板（8）的一端外表面设置有大架底板加固条（17），托架平板（15）的下端外表与镀烙杆（18）的一端外表面可拆卸连接，托架平板（15）的下端外表面与滚珠丝杆（19）的一端外表面可拆卸连接，镀烙杆（18）的数量为两组，滚珠丝杆（19）与光学玻璃片（20）之间设置有玻璃平台，滚珠丝杆（19）、镀烙杆（18）、光学玻璃片（20）和玻璃平台构成水面导光平台。
2.根据权利要求1所述的一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，其特征在于：
所述底台（1）的上端外表面与试验水槽（2）的下端外表面可拆卸连接，所述大架底板（8）的下端外表面通过不锈钢轮（16）与试验水槽（2）的上端外表面活动连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，其特征在于：
所述大架底板（8）的两侧外表面与测量框架（3）的一端外表面可拆卸连接，所述测量框架（3）的一端内表面与相机平台（4）的一端外表面可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述的一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，其特征在于：
所述升降底座（401）的上端外表面与氧化铝升降台（402）的下端外表面可拆卸连接，所述氧化铝升降台（402）的上端外表面与氧化铝升降台上台面（403）的下端外表面可拆卸连接，所述氧化铝升降台上台面（403）的上端外表面与高速相机（404）的下端外表面可拆卸连接。
5.根据权利要求1所述的一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，其特征在于：
所述托架立板（13）的一端外表面与横向滑台模组（5）的一端外表面可拆卸连接，所述托架立板（13）的另一端外表面与托架平板（15）的一端外表面可拆卸连接，所述托架立板（13）和托架平板（15）与托架加固板（14）可拆卸连接。
6.根据权利要求1所述的一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，其特征在于：
所述大架底板（8）的上端外表面与50型材（9）的下端外表面可拆卸连接，所述50型材（9）的上端外表面与底座（10）的下端外表面可拆卸连接。
7.根据权利要求1所述的一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，其特征在于：
所述底座（10）的上端外表面与立板（12）的下端外表面可拆卸连接，所述底座（10）和立板（12）均与加固板（11）可拆卸连接。 说明书 : 一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统技术领域[0001] 本发明涉及激光测流领域，具体涉及一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统。背景技术[0002] 对于室内试验水槽中流速的测量，目前常用的设备有：旋桨式流速仪、声学多谱勒流速仪和粒子成像测速仪，但上述测量设备具有一些缺点，旋桨式流速仪和ADV需要插入到水流中，会对试验水流产生扰动作用，影响测流的准确性，而且对于近边壁和槽底的区域难以进行流速测量，PIV采用激光照亮水体中粒子，进行拍照计算流场，因此，不会扰动水流，能实现大范围区域的流速测量，是目前主要的流行的测量技术，但PIV测量系统复杂，测量设备众多，测量设备安装精度要求高，在测量时，设备安装位置确定以及安装调试的工作量较大，在多断面进行移动测量时，这个矛盾极为突出。[0003] 利用PIV测量系统进行水槽流速测量时，通常采用激光从玻璃水槽底部进入照亮水体的方法，这种激光布置方法可以避免水面波动造成的影响，但对于水槽底部铺有卵石等材料的不透明水槽试验，激光从玻璃水槽底部进入会被水槽底部铺有的卵石等材料完全挡住，难以进入水流区域，鉴于不透明床面水槽试验遇到的这种问题，为此，我们提出一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统。发明内容[0004] 本发明的主要目的在于提供一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，可以有效解决背景技术中的问题。[0005] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，包括底台，所述底台的上端外表面设置有试验水槽，所述试验水槽的上端外表面设置有大架底板，所述大架底板的两侧外表面设置有测量框架，所述测量框架的上端外表面设置有激光器，所述激光器的一端外表面设置有托架立板，所述托架立板的一端外表面设置有横向滑台模组和竖向滑台模组，所述横向滑台模组位于竖向滑台模组的一侧，所述托架立板的另一端外表面设置有托架平板，所述托架立板与托架平板之间设置有托架加固板，所述测量框架的中部设置有相机平台，所述相机平台包括升降底座、氧化铝升降台、氧化铝升降台上台面与高速相机，所述氧化铝升降台位于升降底座的上端外表面，所述氧化铝升降台上台面位于氧化铝升降台的上端外表面，所述高速相机位于氧化铝升降台上台面的上端外表面，所述大架底板的上端外表面设置有型材，所述型材的上端外表面设置有底座，所述底座的上端外表面设置有立板，所述底座与立板之间设置有加固板，所述大架底板的下端外表面设置有不锈钢轮，所述托架平板的下端外表面设置有镀烙杆与滚珠丝杆，所述镀烙杆位于滚珠丝杆的两侧，所述滚珠丝杆的一端外表面设置有光学玻璃片，所述大架底板的一端下表面设置有大架底板加固条。[0006] 优选的，所述底台的上端外表面与试验水槽的下端外表面可拆卸连接，所述大架底板的下端外表面通过不锈钢轮与试验水槽的上端外表面活动连接。[0007] 优选的，所述大架底板的两侧外表面与测量框架的一端外表面可拆卸连接，所述测量框架的一端内表面与相机平台的一端外表面可拆卸连接。[0008] 优选的，所述升降底座的上端外表面与氧化铝升降台的下端外表面可拆卸连接，所述氧化铝升降台的上端外表面与氧化铝升降台上台面的下端外表面可拆卸连接，所述氧化铝升降台上台面的上端外表面与高速相机的下端外表面可拆卸连接。[0009] 优选的，所述托架立板的一端外表面与横向滑台模组的一端外表面可拆卸连接，所述托架立板的另一端外表面与托架平板的一端外表面可拆卸连接，所述托架立板和托架平板与托架加固板可拆卸连接。[0010] 优选的，所述托架平板的下端外表面与镀烙杆的一端外表面可拆卸连接，所述托架平板的下端外表面与滚珠丝杆的一端外表面可拆卸连接，所述镀烙杆的数量为两组，所述滚珠丝杆与光学玻璃片之间设置有玻璃平台。[0011] 优选的，所述大架底板的上端外表面与型材的下端外表面可拆卸连接，所述型材的上端外表面与底座的下端外表面可拆卸连接。[0012] 优选的，所述底座的上端外表面与立板的下端外表面可拆卸连接，所述底座和立板均与加固板可拆卸连接。[0013] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，测量框架结构简单，便于组装和拆卸，可灵活用于室内水槽试验；高速相机和激光器具有三向调节功能，提高了PIV测量准确率与布置效率，测量框架可在轨滑动，可准确便捷移动到测量位置；水面导光装置，将激光导入水面以下，可以避免水面波动造成的激光折射影响，测量框架可以针对不同宽度的试验水槽进行大小调节，使用的效果相对于传统方式更好。附图说明[0014] 图1为本发明一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统的整体结构示意图；[0015] 图2为本发明一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统实验水槽2的侧视结构图；[0016] 图3为本发明一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统相机平台4的结构图。[0017] 图中：1、底台；2、试验水槽；3、测量框架；4、相机平台；401、升降底座；402、氧化铝升降台；403、氧化铝升降台上台面；404、高速相机；5、横向滑台模组；6、竖向滑台模组；7、激光器；8、大架底板；9、50型材；10、底座；11、加固板；12、立板；13、托架立板；14、托架加固板；15、托架平板；16、不锈钢轮；17、大架底板加固条；18、镀烙杆；19、滚珠丝杆；20、光学玻璃片。具体实施方式[0018] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。[0019] 如图1‑3所示，一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，包括底台1，底台1的上端外表面设置有试验水槽2，试验水槽2的上端外表面设置有大架底板8，大架底板8的两侧外表面设置有测量框架3，测量框架3的上端外表面设置有激光器7，激光器7的一端外表面设置有托架立板13，托架立板13的一端外表面设置有横向滑台模组5和竖向滑台模组6，横向滑台模组5位于竖向滑台模组6的一侧，托架立板13的另一端外表面设置有托架平板15，托架立板13与托架平板15之间设置有托架加固板14，测量框架3的中部设置有相机平台4，相机平台4包括升降底座401、氧化铝升降台402、氧化铝升降台上台面403与高速相机404，氧化铝升降台402位于升降底座401的上端外表面，氧化铝升降台上台面403位于氧化铝升降台402的上端外表面，高速相机404位于氧化铝升降台上台面403的上端外表面，大架底板8的上端外表面设置有50型材9，50型材9的上端外表面设置有底座10，底座10的上端外表面设置有立板12，底座10与立板12之间设置有加固板11，大架底板8的下端外表面设置有不锈钢轮16，托架平板15的下端外表面设置有镀烙杆18与滚珠丝杆19，镀烙杆18位于滚珠丝杆19的两侧，滚珠丝杆19的一端外表面设置有光学玻璃片20，大架底板8的一端下表面设置有大架底板加固条17。[0020] 进一步的，底台1的上端外表面与试验水槽2的下端外表面可拆卸连接，大架底板8的下端外表面通过不锈钢轮16与试验水槽2的上端外表面活动连接，不锈钢轮16在使用时便于大架底板8在试验水槽2上进行移动。[0021] 进一步的，大架底板8的两侧外表面与测量框架3的一端外表面可拆卸连接，测量框架3的一端内表面与相机平台4的一端外表面可拆卸连接，在使用时可便于对各个平台进行安装。[0022] 进一步的，升降底座401的上端外表面与氧化铝升降台402的下端外表面可拆卸连接，氧化铝升降台402的上端外表面与氧化铝升降台上台面403的下端外表面可拆卸连接，氧化铝升降台上台面403的上端外表面与高速相机404的下端外表面可拆卸连接，升降底座401、氧化铝升降台402、氧化铝升降台上台面403和高速相机404构成相机平台4，相机平台4。[0023] 进一步的，托架立板13的一端外表面与横向滑台模组5的一端外表面可拆卸连接，托架立板13的另一端外表面与托架平板15的一端外表面可拆卸连接，托架立板13和托架平板15与托架加固板14可拆卸连接，托架立板13、托架平板15、托架加固板14、横向滑台模组5和竖向滑台模组6构成激光平台。[0024] 进一步的，托架平板15的下端外表与镀烙杆18的一端外表面可拆卸连接，托架平板15的下端外表面与滚珠丝杆19的一端外表面可拆卸连接，镀烙杆18的数量为两组，滚珠丝杆19与光学玻璃片20之间设置有玻璃平台，滚珠丝杆19、镀烙杆18、光学玻璃片20和玻璃平台构成水面导光平台。[0025] 进一步的，大架底板8的上端外表面与50型材9的下端外表面可拆卸连接，50型材9的上端外表面与底座10的下端外表面可拆卸连接，50型材9便于对底座10进行固定。[0026] 进一步的，底座10的上端外表面与立板12的下端外表面可拆卸连接，底座10和立板12均与加固板11可拆卸连接，立板12、底座10、加固板11和大架底板8构成激光平台辅助装置，激光平台辅助装置主要是为了固定支撑激光平台，同时将激光平台和测量框架3连接在一起。[0027] 高频高精度PIV测量系统：[0028] 高频高精度PIV测量系统由高速相机、激光器、图像采集器和PIV流场计算程序组成，高速相机为CMOS相机，最高分辨率为2560×1920，满幅帧频为800Hz，相机内存为4.8G，采集的图像为8位BMP格式，相机与电脑采用以太网构建的局域网进行通信，实现图像数据传输，激光器为8W半导体连续激光的激光器，激光为波长532nm的片光，厚度约为1mm，PIV流场采用自主编程计算。[0029] 需要说明的是，本发明为一种适用于室内水槽试验的水面导光测流系统，测流系统工作流程：先确定室内水槽的试验段，将测量框架3滑动固定在试验段的适当位置，根据室内试验水槽2的尺寸，调整主体框架结构的长度和高度，调节框架的长度使测量框架3能横跨在玻璃水槽的上方，调节框架的高度使高速相机404能够正对测量区域，依次将激光平台辅助装置、激光平台和水面导光平台安装固定在测量框架3上，随后将激光器7安装在激光平台的托架立板13上，接通激光器7的电源，调节水面下激光范围，首先通过调节精密手摇滚珠丝杆19套件使光学玻璃片20移动到和水面刚刚接触的位置，观察水面下激光的宽度，若水面下激光范围偏小（大），调节精密手摇滚珠丝杆19套件使光学玻璃片20和激光器7探头的距离增大（减小），调节到适当的距离保证水面下激光范围达到试验要求，此时若光学玻璃片20不是正好处于水面处，通过调节竖向滑台模组6使激光器7和光学玻璃片20整体进行上下移动，随后调节横向滑台模组5使激光器7和光学玻璃片20横向移动到试验水槽2宽度方向的适当位置，连接高速相机404的电源并将其与电脑连接，调节不锈钢氧化铝升降台402，使高速相机404的高度适中，能够覆盖整个水流区域，调整相机成像平面，使其与激光平面重合，便于拍摄捕捉水流结构；然后组装搭建电脑和图像采集系统，硬件系统和软件系统相继搭建完成后，往水中缓慢加入示踪粒子稀释液，获取激光下的粒子图像，根据PIV流场计算程序，计算得到二维流速场，用于分析水流结构特性和紊动特性。[0030] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

专利地区：重庆

专利申请日期：2021-12-31

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN114509238B