[发明专利]一种浑水压强测量装置

说明书

技术领域

本发明属于水利量测技术领域，特别涉及一种测量浑水压强的新装置。

背景技术

压强是水体作用于单位面积上的水压力，是描述水流运动最基本的特征变量之一。在工程实践和科学实验领域，压强主要通过理论计算和测量两种方法获得，其中，理论计算仅适用于静止均质水体，而运动或非均质水体中的压强则只能通过测量方法获得。

测压管是水工模型试验领域应用最为广泛的测压装置，该装置以公式p＝ρgh（ρ为待测水体密度，g为重力加速度，h为待测点水深）为理论基础，通过读取与待测点相连接的测压管内的水位来测量水压，具有简单、易用等诸多优点。但是，受理论基础的制约，测压管仅适用于测量密度均匀且已知的水体的压强；同时，由于测压管内的水位通常由人工读取和记录，存在测量精度和测量频率低等缺点。

近年来，随着半导体和微机电技术的快速发展，半导体压力传感器在诸多领域得到广泛应用，这种传感器以压电效应为基础，可以将变形元件承受的压力以模拟或数字信号的形式输出，具有体积小、精度高、自动化程度高等优点。目前，压力传感器的综合精度可以达到满量程的2‰，可以满足大多数应用的需求。但是，对于某些大量程、高精度应用而言，现有的压力传感器仍然无法满足需求。例如，当使用压力传感器测量水深为1m量级的水体压强时，其精度为10Pa量级且随水深的增大而持续降低。另一方面，当压力传感器应用于浑水测量时，传感器探头部位也极容易受泥沙颗粒的堵塞而失灵。对于高精度、长时间的测量，压力传感器的时漂和温漂的问题也难以解决。

发明内容

本发明的目的是针对非均质浑水高精度测压的实际应用需求，提出一种测量浑水压强的测量装置，可以实现高精度、高频、自动测量浑水压强，综合测量精度高于现有测压设备。

本发明提出的一种浑水压强测量装置，其特征在于，该装置主要由测压容器、测压探头、软管、测压管、测压板、照相机、计算机所组成；其中，测压容器用于盛放待测浑水，所述测压容器侧壁设有测压孔，所述测压探头安装在测压孔内；所述软管两端分别和探头与测压管连接，构成用于盛放清水的连通管路，清、浑水由测压探头内部的薄膜进行隔离；测压管垂直固定在竖直安装的测压板的表面，测压板表面贴有棋盘格标定板；照相机对准测压管内的清水液面并与计算机相连；照相机拍摄测压管内的清水液面并将图片实时传回计算机；计算机利用常规数字图像处理方法从图片中提取清水液面，并根据液面高度计算出待测浑水的压强。

本发明的特点及效果为：

（1）利用柔韧性极好的薄膜分隔清水和浑水，实现了通过测量清水水位及其变化过程计算浑水压强及其随时间变化过程；由于隔膜设置在测压容器内部，避免了浑水中泥沙沉降引起的测压塔头堵塞问题。

（2）利用高分辨率照相机记录和识别清水液面，可以准确捕获0.01mm量级的水位变化，从而实现高分辨率（0.1Pa）压强测量。

附图说明

图1为本发明的浑水压力测量装置示意图；

图2为本发明的测压探头实施例结构示意图，其中图2（a）为侧面剖视图，图2（b）为正视图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

本发明的一种高精度浑水压强测量装置，如图1所示，主要由测压容器1、测压探头2、软管3、测压管4、测压板5、照相机6、计算机7所组成。其中，测压容器1用于盛放待测浑水8，测压容器1侧壁设有测压孔，所述测压探头2安装在测压孔内；软管3两端分别和测压探头2与测压管4连接，构成用于盛放清水9的连通管路，清、浑水由测压探头2内部的薄膜21进行隔离；测压管4垂直固定在竖直安装的测压板5的表面，测压板5表面贴有棋盘格（本实施例采用5×5mm的标准棋盘格）标定板11；照相机6对准测压管4内的清水液面并与计算机7相连；照相机6拍摄测压管4内的清水液面并将图片实时传回计算机7；计算机7利用常规数字图像处理方法从图片中提取清水液面，并根据液面高度计算出待测浑水的压强。

本实施例的测压容器1的长、宽、高分别50cm、50cm、100cm的方形截面容器，容器侧壁设有长22cm、宽3cm的水平矩形测压孔10；软管3为内径6mm普通塑料软管；测压管4为内径6mm、外径8mm的透明玻璃圆管；测压板5为长30cm、宽15cm、厚5mm的黑色铝板；照相机6为尼康D800E照相机，分辨率7360×4912像素，照相机上安装圆形水准泡12；该照相机能捕获0.01mm的水位变化幅度，以保证测压精度为0.1Pa。

本实施例的计算机7为普通台式计算机。