[发明专利]一种水管流速测距仪测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种水管流速测距仪测量装置，包括底座，竖直滑竿，水平测距仪，竖直电机，电源，控制电路，导线，控制线；竖直滑竿垂直固定在底座上，电源与控制电路固定在底座表面，水平测距仪通过水平电机固定在竖直滑竿上，水平电机可沿竖直滑竿上下移动，水平测距仪、竖直电机通过导线与电源相连，水平测距仪、竖直电机通过控制线与控制电路相连。本发明的测量装置，通过激光测距仪与步进电机得到精准的空间位移测量结果，可以得到水管流体的精准空间运动轨迹，结合运动学分析方法，可以得到精准的流体运动流速，整个装置简单、实用、成本低，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种水管流速测距仪测量装置及出水管流速流量测量方法。

背景技术

管道内流体的流动需要一定的驱动力，这个驱动力通常通过液体的压差产生，假设流体的密度ρ，重力加速度g，管道出水口面积S，管道出水口与管道液面高度差L，则管道出水口流体驱动力大小为ρ*g*L*S，此时对应管道出水口流体的流速是V₀。如果能通过实验测量V₀的大小，则通过事先测定管道出水口面积S，可以得到管道出水口的流体流量大小。水管出水流出的流体在空间中的运动可以分解为两个相互垂直的维度方向，一个是水平方向位移X，一个是竖直方向位移H。

X＝v₀t sinα (1)

表达式1、2中，水平方向与竖直方向的位移X、H等量可以通过测量得到，α为出水管与竖直方向的夹角(一般出水管夹角取值为90度)，g是重力加速度，V₀是出水管在出水口处流体的流速，t是水流流出出水口后在空间中某点对应的时间，水流刚出出水口时t＝0，联立表达式1、2，可以求出管道出水口流体的流速V₀与某点对应的时间t，再通过表达式3，可以求出某点对应的流体的流速V_t的大小，流速V_t的方向为此点轨迹的切线方向。

上述理论证明，通过水管出水口流体的空间运动轨迹可以得到速度的大小，借助近年来快速发展的图像采集技术或测距技术，流体的空间运动轨迹可以方便得到，再通过事先测量得到的水管横截面积S，可以实现管道流量的快速、便捷测量，但在水管出水口流体的空间运动轨迹测量的过程中，要同时测量水平与竖直两个方向上的运动，对测量精度的要求比较高，如何实现精准的位置或位移坐标，一直是提高流速测量的关键难题。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，利用与水平出水管垂直的测距仪，只需要通过测距仪测量水平方向的位移坐标变化，就可以实现水管出水口流速的精准测量。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种水管流速测距仪测量装置，包括底座，竖直滑竿，水平测距仪，竖直电机，电源，控制电路，导线，控制线；竖直滑竿垂直固定在底座上，电源与控制电路固定在底座表面，水平测距仪通过水平电机固定在竖直滑竿上，水平电机可沿竖直滑竿上下移动，水平测距仪、竖直电机通过导线与电源相连，水平测距仪、竖直电机通过控制线与控制电路相连。

优选的，底座为铸铁底座。

优选的，竖直滑竿为双杆金属导轨。

优选的，水平测距仪为激光测距仪，水平测距仪的测距方向与竖直滑竿垂直。

优选的，竖直电机为步进电机。

本发明还公开了一种出水管流速流量测量方法，依赖上述的水管流速测距仪测量装置实现，其步骤包括：

(1)水管流速测距仪的底座放置于出水管的右上方，竖直滑竿与出水管垂直放置在同一个平面内，且竖直滑竿垂直于出水管，将步进电机的起始位置设在出水管的等高位置，通过水平测距仪测得出水管的管口出水到测距仪的初始水平距离S0；