[发明专利]挑流水舌出射角、入水角量测的装置及使用方法

权利要求书

1.一种挑流水舌出射角、入水角量测的装置的使用方法，包括面光源发生器、感光板、处理器、储存器、输出设备、面光源发生器结构框架，所述面光源发生器放置于面光源发生器结构框架中，用于面光源的生成，感光板与信号线连接，将信号传输与处理器处理和存储，处理后的数据通过输出设备输出显示；所述面光源发生器包含激光发射器和扩束器，通过激光发射器和扩束器生成足够精度的平行面光源；所述感光板由感光线路板模块拼装组成，感光线路板模块上布置足够多的光电传感器，通过水舌的面光源能够在感光板上生成完整的光强度变化区域，其特征在于，包括以下步骤：

1)在量测前，将面光源发生器结构框架和感光板分别放置于水舌产生区域的左右两侧，根据挑流鼻坎的高程、挑角初步估计水舌产生的区域的高程，调节面光源发生器结构框架和感光板高程，使其与水舌发生区域大致处于同一高程范围；

2)布设面光源发生器，在面光源发生器结构框架上布置激光发射器和扩束器，以能够完整平行照射产生的水舌，并以此选取激光发射器和扩束器的数目及其布置位置；

3)感光板上的感光线路板模块通过信号线与处理器连接，通过处理器组合和处理的不同感光板上的信号数据，保存于储存器中并通过输出设备输出；

4)布置完成后，开通面光源发生器和各仪器，面光源直接照射感光板，检查感光板是否正常工作，对系统进行校正，感光板将光信号转换为电信号，并通过处理器处理后，在储存器中记录感光板上不同位置的光的强度信号强弱，根据光强位置和感光板强度，可得强度矩阵，记为式1：

关闭各仪器，继而进行常规的水工挑流试验，在需要量测水舌形状、出射角和入水角前，根据水舌形状、大小、位置布置激光发射器和扩束器，使激光发射器发出的激光能够完整覆盖水舌，打开面光源发生器和各仪器，面光源发生器生成的同功率的面光源，通过水舌后到达感光板后形成不同的两个区域，未通过水舌的面光源在感光板上形成的光的强度未发生变化，通过水舌的面光源在感光板上形成的光的强度发生衰减，通过处理器对感光板上光的强度进行组合和处理，根据光强位置和感光板强度，可得强度矩阵，记为式2：

根据公式(1)和公式(2)，可得不同位置前后两次激光照射感光板的光的强度差值矩阵，记为公式3：

其中，Δcd_ij＝cd_ij-cd_ij′，cd_ij为第一次激光在感光板上形成的光的强度，cd_ij′为第二次激光在感光板上形成的光的强度；

根据前后两次激光照射，在感光板上形成的光的强度差值，可以识别出两种不同的区域：

其中，Δcd_ij＝0为前后同一位置光的强度未发生变化的区域，Δcd_ij≠0为前后同一位置光的强度发生变化的区域；

在显示设备中，对数字信号进行处理、过滤、光滑，将光的强度未发生变化的区域转换为数字信号0，将光强发生变化的区域转换为数字信号1，自水流运动方向的上游至下游、自上至下，对光强差值矩阵进行过滤，显示水舌的初步图像，对水舌上缘线、下缘线进行光滑处理，形成较为精确的水舌形状，并在输出设备(6)中输出，根据输出曲线，计算出水舌出射角、入射角。

2.根据权利要求1所述的挑流水舌出射角、入水角量测的装置的使用方法，其特征在于：所述步骤(4)中，打印出水舌的示意图，打印纸具有正交网格线水印，其精度为1mm*1mm，连接水舌出射点、水舌出射点下游水舌下缘线与正交网格第一个交点，并作延长线至下游某一垂向网格线为止，通过计量正交网格横向和垂向网格数目及估算不满一个网格的长度，可以实现水舌出射角的快速精确计算；连接水舌入射点、水舌入射点上游水舌下缘线与正交网格第一个交点，并作延长线至上游某一垂向网格线为止，通过计量正交网格横向和垂向网格数目及估算不满一个网格的长度，同样可以实现水舌入射角的快速精确计算。

3.根据权利要求1所述的挑流水舌出射角、入水角量测的装置的使用方法，其特征在于：所述面光源发生器结构框架和感光板均固定在可升降的支架上。