单点流速仪空间坐标定位及数据管理.docx

1、胎<研究与探索KESEIU：HAM)EXIM.OKATIOXINLABORATOin单点流速仪空间坐标定位及数据管理陈红，唐立模，房世龙，路云(河海大学水利水电学院，江苏南京210098)摘要：为实现单点流速仪空间坐标定位.开发了自动跟踪坐标位移系统，包括单元机、步进电机、驱动器、坐标架和数据管理系统，系统分为手动和计算机控制两种工作方式，计算机控制时，直接输入水平和垂直方向的相对位移量，实现单点定位；也可时空间坐标进行网格割分，再依次自动运行至相应坐标点，实现S点跟踪定位，定位粘度0.01min基于Access-It4库对流速和相应的坐标数据进行管理，并图形化显示流速矢量，直观地反映出

2、水流结构，系统垫合了单点流速仪的坐标定位、救据测量、4攵据分析和图形化显示，使实脸过程更加系统化和信息化，提高了单点流速仪的测量精度和实验效率关键词：单点流速仪；坐标定位；系统化实脸中图分类号:TV131.66文献标志玛：A文章编号：1006-7167(2012)09-0011-03AutomateCoordinateTraverseandDataManagementofOne-pointVelocimetry(:HENTANGl.i-mo,FANGShi-long,LUYun(CollegeofWaterConservancyamiIlydropowerEngineering,lloliai

3、Universily.Nanjing210098,China)Abstract:Anautotraversewas(l(*vt*lopc(linthispaper,whichr<*alizr(llliespacecoordinatepositioningofont*-pointvelocimetry,includingtheunit,stepmotor,driver,coordinateframeanddatainanagrinrntsystem.Thesystem,anbeoperatedbothmanuallyandbya(*oin|>utrr.When<)|)rrat(

4、*(lhythecompuler,lli(*horizontalandverticalrelative(iisplaceincnlcanbeinputdirectlyI<jacliieveon<*-pointpositioning.Besides,lhespacecanbeineshed,andcorrespondingcoonlinatrcanbelraerse(lautomaticallytorealizeinuhi-poinlpositioning.withaprecisionof().01nun.I'Ik*velocityandlhe(-ornspoixlingco

5、ordiimh*dataaremanagedbasedontheAccess<iatal>as<*,andthevelocityvectorisgraphicallydisplayed,whichcanreflecttheflowstructureintuiliv<*ly.Thesysteminl<*grale(lcoonlinak*positioning,datainrasiireinrnt,dataanalysisan<lgraphicaldisplay,whichsyst<*inalizc(landinforinalionizedtheexper

6、imenlprocess.whichimprov<*(lmeasurementprecisionand<*xprrini<«ntefficiency.Keywords：one-pointviUocimelry；coonlinalepositiotiing；systematicexperiment收稿日期：2OI2-O2-27基金项目：IN家门欢科学队£什年项目(50909036)；中央庙校M本科研业务费原慌金顼U(2OO9IMW3I4)作者简介：陈红(卬81).为.爪庆右阳人.实技帅.现七要从中现代浪体测试技术、水信息技木、实拾技术及仪器代理等研究Tri.

7、：025-837X6970；K-mialcM'hh.hhuC0hhu.imIii.<*ii。引言流速是确定水流运动特性的堪本参ht之一.既是理论分析的出发点，也是验!证理论的标准"、水流结构分析和工程方案优化都涉及流速测ht.只有精确测址流速才能保证实凝成果的可靠性。常用的水力学实验流速测址仪器仃:毕托管、微型旋桨流速仪、热线热膜流速仪(HotWire/HolFilmAnemometry,HWFA)、粒子图像测速仪(ParticleImageVelocimetry,PIV)、超声波多i普勒流速仪(AcousticDopplerVelocimetry,ADV)、激光多谱勒

8、流速仪(LaserDopplerVelocimetry/Ancmomelry,LDV/LDA)等。PW可实现瞬时全流场测ht*。测量效率高，但易受水质、泥沙等因素干扰，测范围小、价格昂贵，难以广泛应用，毕托管、旋桨流速仪、HWFA、ADV和I.DV都为单点测量仪器i6,0,LDV系统发杂，价格昂贵，应用相对较少，其他单点流速仪具右操作简便、价格低等显著优点，广泛应用于水力学实验爪点流速仪每次只能测缺一个空间点的流速，在测缺垂线或断面流速分布时，需要进行多点测ht及空间坐标定位。布置多台单点流速仪，虽能实现多点观测，但对水流的干扰将大幅增加，影响水流流态，而采用人工方式进行坐标定位，费时费力，又

9、难以保证定位精度。为此，本文开发了单点流速仪坐标自动定位系统，其具有空间网格剖分、白动定位等功能，提高r流场坐标定位精度，保证r实验数据的准确性。1坐标自动定位系统及数据管理1.1硬件结构坐标定位系统硬件结构如图1所示，系统由PC机、单元机、驱动器、步进电机和坐标架等组成。坐标架(见图2)可实现水平()和垂直(y)方向的跟踪定位。坐标架基座与滚轴丝杆套接，并随滚轴效杆运动.滚轴丝杆端部装有步进电机，电机转动带动滚轴丝杆转动，使固定在基座上的单点流速仪沿为、y轴移动；PC机通过COM口与单片机相连并发送控制命令，单元机将命令转换为控制信号传输给驱动器，驱动器对信号进行调理，控制步进电机转动实现精

10、确定位。图1坐怵定住系统硬件结构图图2坐标位移硬件系统系统采用开环控制，实验时应保证基座上的负爪小于坐标架的颠定负载，并通过提高骡动电压，优化加减速时间，防止.电机产生失步等情况。1.2控制方式坐标定位系统分为手动和汁算机控制两种方式(也图3)。手动方式时分别旋转方向的转盘实现坐标定位；计算机控制乂分为单点模式和多点模式单点模式F输入相对于当前空间位置的位移/,系统按设定位移缺依次运行%和y方向电机进行坐标定位;多点模式F,采用r动或单点模式设置零点，并将单点流速仪移动至该零点，再对测ht平ifii进行网格剖分，动计算修点距离并控制I和*方向电机依次运动至各个网格打点，实现多点坐标定位图3坐标

11、位移软件界血1.3数据管理为研究职线流速分布或水流结构需要布测大址测ht点，各测ht点包含空间坐标、瞬时流速、时均流速、脉动流速、采样时间、实验1：况等数据信息，人I：方式管理数据已难以满足实会信息化和集成化要求，需要将空间坐标定位、数据管理和仪器控制集成-体，才能提高实验效率1，U1o选用ACCESS进行数据管理，数据表字段名设计为：编号、*坐标、y坐标、流速文件路径、时均流速、流量、水深、测最时间、工况名、采样时间。实验时，为减小数据交换ht,充分利用氓点流速仪连续采集功能，将单点流速仪采样的戒时流速数据百接记录f流速文件中，并以潭速文件形式进行保存,文件名为初始采样时间，如文件名为201

12、106111035,表示采样时间为2()11年06月II日10点35分采样的流速数据文件。采集完成后，系统同时进行新测ht点坐标定位和数据处理，提高处理效率。2实际应用ADV具有时间和空间分辨率高等优点，广泛被应用于流体实验中,，4-，5；o结合ADV介绍相应的数据管理等系统应用情况。为提高系统集成度，选用计算机巾口作为基本通信端口，基于单点流速仪的通信协议，将各种单点流速仪不同通信协议转换通用的申口通信协议，也接控制流速仪。ADV实验时（见图4）,系统通过申口直接控制坐标位移系统和ADV进行数据测技.并采用ACCESS数据库对流速数据进行管理o图4系统集成ADV测ht界面断面流速测ht流程如

13、下：初始化坐标位移系统和ADV；设置坐标架原点.并将ADV移动至该点；流场网格剖分;移动至各网格皆点进行流速数据测ht.保存流速数据文件和实脸工况信息;数据处理和图形化显示.结合已有实我数据，对流场部分区域进行网格化汁算，获得全流场数据在长12m、宽0.4m、高（）.6m的水槽中进行了模拟实验.水深9cmo共测林了5条垂线流速，每条垂线18个流速点。采用坐标自动定位系统.ADV测技单点用时305.移动至下一点用时2s,完成90个流速点的测址，用时2878s,相比人工坐标定位和数据处理大幅提高了实验效率。ADV实验时获取了大量:流速数据（见表1）.表格形式显示流速数据难以揭示水流结构.对表1的流

14、速数据进行图形化显示.可E观地揭示出当前流态为恒定均匀流O衰1垂线流速数据表x(20mm)x(15mm)x(9mm)x(5mm)*(1mm)y/mmr/(nis)y/mmr/(mr"1)y/mmr/(m»'1)y/mmi»/(ms1)y/mmv/(ni«1)10.12210.17510.17210.17510.16050.25850.25750.23250.22250.209100.279100.283100.270100.247!00.224150.292150.294150.279150.260150.234200.303200.311200

15、.288200.262200.240250.318250.318250.288250.279250.241300.323300.321300.303300.282300.244350.332350.330350.308350.292350.244400.332400.336400.314400.299400.250450.339450.339450.319450.301450.251500.346500.348500.326500.308500.247550.353550.354550.328550.315550.255600.356600.357600.330600.313600.25065

16、0.364650.357650.336650.317650.249700.367700.358700.335700.315700.252750.363750.356750.334750.312750.250800.368800.357800.327800.302800.251850.369850.353850.319850.295850.2443结语单点流速仪为获取垂线或整个流场的数据，需要移动至各空间节点进彳j测页，采用坐标门动定位及数据管理系统后.可实现流场网格剖分和自动定位.提高r定位精度,减少了工作量.利用ACCESS数据库对海量流场数据进行管理.辅以图形化显示，能直观地揭示出水流结构

17、。对于单点流速仪.本系统大幅提高了实验的fl动化程度.减少研究人员r.作缺.但氓台位点流速仪不能实现流场数据的同步测ht后面应不断开发新型流速测ht技术，以实现非恒定流状态卜垂线或全断面流速的同步测同。参考文献（References）:1 唐洪武.唐立粮.陈红，等.现代流动测试技术及晓用M.北京:科学出版H.2009：57-232.2 禁守允.刘兆南.张晓红.等.水利T.程模型试我破湾技术M.北京：海洋出版社.2008:20-25.（下转第21页）过溶胶-凝胶.H溃-提拉，模板剂脱除等I：艺.制备了有序二敏化硅介孔薄膜，并通过化学浸泡法组装银纳米粒子。用XRD、TEM、EDS、UV法等手段对薄

18、膜的微观结构进行r表征,主要:号察了银离子的还原情况.并结合循环伏安法对电极的性能进行厂测试。实羚表明银纳米粒子及银纳米阵列电极2经形成，参考文献(References):：1BrrkJS.VarluliJC,KolhVIJ.Eal.AnewfamilyofmcMoporiMismolecularsievesprrparr<iwithliquidcr)Maltrmplutc*J.JAmChrmSoc.1992.114(27)：10834-10843.2KrrngrCT.Ix-onowiczME.IfollowiczUJ.Eal.OrderedmrM>p<»n

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