[发明专利]一种可测量浑浊流体三维流动信息的装置

说明书

技术领域

本发明属于流动测量技术，涉及了一种测量流动信息的装置，具体地说，提出了一种采用光电技术测量二维流动信息，并在此基础上，组成光电测量阵列来测量流体三维流速流向的装置，尤其适用于浑浊流体的测量。

背景技术

实际流体的环境是空间的，掌握三维流速流向信息在流动测量中有着重要意义。目前的技术主要有四类，一类主要依托二维测量装置，通过矢量运算最终合成计算流体的流速和流向，这种方法主要用旋转测速仪等形体较大的装置，一方面占据了测量空间，使得测量的准确度下降，另外，旋转机构的存在，扰乱了流场，导致测量结果不够准确；第二类采用热线热膜的测量方法及装置，但理想状态是探针的热膜或热线要垂直于平均速度，对设备安装使用的角度及位置有要求，需要多次调整位置进行校准，不利于随机环境下的使用；第三类方法如激光多普勒技术等，这类技术可以准确的测量定点位置的三维流动信息，但设备昂贵，且激光测量技术受到流体环境浑浊度的影响，在浑浊区域不能使用，第四类采用压差法测量流体速度及方向，由于流体环境中局部的压差变化非常微弱，很难准确测量，误差较大。

发明内容

为克服现有的三维流体测量技术的缺陷，本发明提供的一种可测量三维流速流向的装置，目的在于从空间更准确的监测随机流体三维信息，包括相对于装置坐标系本身的流体流动方向及速度。

本发明提供的测量流体三维流动信息的装置，其特征在于，该装置包括单片机和三个二维测量单元，各二维测量单元均安装在三维测量基座上，三个二维测量单元中心轴线两两互相垂直，每个二维测量单元用于测量流体一个平面的二维流动信息；单片机利用各二维流动信息合成得到三维流动信息。

作为上述技术方案的一种改进，所述二维测量单元均包括测杆、连接柱、弹性阻尼体、二维PSD位置传感器、激光发射准直系统和数据处理器；

底座为空腔结构，弹性阻尼体采用中心轴对称几何结构，以使得弹性阻尼体在各个方向产生的阻尼作用相同，弹性阻尼体安装在底座顶部；连接柱上端与测杆固定连接，使测杆和连接柱能够同步运动，连接柱中间部分与弹性阻尼体固定连接，使得连接柱与弹性阻尼体能够随测杆一同运动，连接柱下端穿过弹性阻尼体伸入到底座的内部空间，连接柱用于将流体对测杆的冲击作用转换为自身的同步运动；

连接柱的底部内固定安装有所述激光发射准直系统，其发射光路上安装有二维PSD位置传感器，数据处理器与二维PSD位置传感器电信号连接，数据处理器用于接收二维PSD位置传感器提供的光斑中心的坐标信息，计算得到流体二维流速和流向，并提供给所述单片机。

作为上述技术方案的另一种改进，所述二维测量单元包括测杆、连接件、弹性阻尼体、底座、导光管、光学透镜、光学定位传感器、光源发射模块和数据处理器；

所述测杆为中心轴对称结构，呈柱状；所述底座为空心结构，其上盖板上固定安装有弹性阻尼体；所述连接件的一端包裹在测杆内部，另一端穿过弹性阻尼体中心位置并位于底座内部，且连接件中部固定在弹性阻尼体上，连接件的底端安装有光源发射模块，导光管用于将光源发射模块发出的散射光导出，其中心轴线与测杆的中心轴线重合，且与测杆保持同步运动，且与弹性阻尼体的中心方向相反，光源发射模块下方依次布置有光学透镜和光学定位传感器，光学透镜与光学定位传感器及静止位置的测杆共轴线；由光源发射模块发出的散射光经导光管导出，并通过光学透镜聚光后投射至光学定位传感器上，在光学定位传感器上生成一个亮度均匀并集中的光斑；

数据处理器与光学定位传感器电信号连接，用于接收光学定位传感器提供的光斑中心的坐标信息，即得到当前测杆偏离静止位置的角度，计算得到流体的流速和流向。

作为上述技术方案的再一种改进，所述二维测量单元包括测杆，压电纤维束激光发射准直系统，弹性阻尼体，底座，二维PSD位移传感器，数据处理器；

弹性阻尼体安装在底座上，测杆安装在弹性阻尼体上，测杆与弹性阻尼体采用同一种弹性材料一体成型，压电纤维束位于测杆的上部，压电纤维束两端分别安装有压电集电极，负责收集压电纤维两端产生的电荷，两个压电集电极极性相反以形成电压差；

激光发射准直系统安装在测杆的下部，激光发射准直系统下端穿过弹性阻尼体进入到底座内部，激光发射准直系统用于发射准直的激光光线；

底座空腔内固定安装有依次电信号连接的二维PSD位移传感器数据处理器；

底座的底面中心安装有防水信号线转接口；防水信号线转接口用于传输数据，还用于为数据处理器、激光发射准直系统板提供电源；