新型推力式流速傳感器測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究.pdf

1、本課題是在2009年度高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金“基于空氣、冰與水的物理特性差異檢測(cè)方法在冰水情信息全天候自動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)理研究(項(xiàng)目編號(hào) :20091402110004)”和2009年山西省研究生優(yōu)秀創(chuàng)新項(xiàng)目“GSM/GPRS黃河河道冰、水情及冰凌災(zāi)害遠(yuǎn)程遙測(cè)系統(tǒng)的研制(項(xiàng)目編號(hào):80010402100171)”資助下進(jìn)行的一項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用研究。河、湖、港作為水資源、水環(huán)境的重要載體，越來(lái)越受到社會(huì)的重視。
　　 河道水環(huán)

2、境和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活息息相關(guān)，涉及到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境等各方面。河道水環(huán)境的管理要運(yùn)用社會(huì)管理、經(jīng)濟(jì)管理、資金投入和科學(xué)技術(shù)等各種手段，是一項(xiàng)錯(cuò)綜復(fù)雜的系統(tǒng)工程。近年，一些重大水災(zāi)的出現(xiàn)，對(duì)水文測(cè)報(bào)工作提出了新的要求。在水文測(cè)報(bào)中，流速的測(cè)量是一個(gè)十分重要的項(xiàng)目。
　　 在冬季黃河結(jié)冰的情況下，對(duì)冰下水流速進(jìn)行測(cè)量存在很多困難:首先，野外測(cè)量的工作環(huán)境非常惡劣，環(huán)境溫度通常在-20℃左右;其次，冰下水中通常含有冰花;現(xiàn)行

3、的流速儀大多都是針對(duì)未結(jié)冰的河水流速進(jìn)行測(cè)量的，文獻(xiàn)檢索和實(shí)際工程調(diào)研結(jié)果表明，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有一種理想的設(shè)備來(lái)完成對(duì)結(jié)冰條件下冰下水流速的測(cè)量。
　　 本論文在參考目前流速儀測(cè)量原理的基礎(chǔ)上提出了一種基于顆粒相特性進(jìn)行流速檢測(cè)的新型推力式流速傳感器結(jié)構(gòu)。該流速傳感器在檢測(cè)流速時(shí)，先測(cè)量牽引線對(duì)置于流體中剛性浮球產(chǎn)生的拉力，然后再根據(jù)剛性浮球在流體中受力情況，計(jì)算得到流體對(duì)浮球的推力。最終利用推力和流體流速之間的經(jīng)驗(yàn)公式得到流體

4、流速。
　　 基于上述想法，作者設(shè)計(jì)了新型的推力式流速傳感器實(shí)驗(yàn)裝置。該傳感器實(shí)驗(yàn)裝置由敏感部件、轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、位移檢測(cè)結(jié)構(gòu)三部分組成。剛性浮球是傳感器的敏感元件，精密彈簧和牽引線組成傳感器的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，激光器、光電接受器件、擋光器等組成位移檢測(cè)結(jié)構(gòu)。
　　 同時(shí)，以新型推力式流速傳感器實(shí)驗(yàn)裝置為基礎(chǔ)，本文設(shè)計(jì)了以MSP430F1611單片機(jī)為核心的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，用于完成對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)計(jì)算、顯示、存儲(chǔ)、通訊等功能。通過(guò)RS2

5、32串行通信接口，檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與上位管理微機(jī)或水位冰厚傳感器等冰水情檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。
　　 在MSP43O IAR Embedded Workbench環(huán)境下，作者開發(fā)了流速檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理程序。
　　 2009.12和2010.03與課題組成員采用研制成功的傳感器實(shí)驗(yàn)裝置，兩次赴內(nèi)蒙古呼和浩特市托克托縣黃河頭道拐水文站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了黃河河道冰下水流速檢測(cè)的工程應(yīng)用試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的分析證明: