多点旋桨流速仪数据的自动采集与处理.docx

1、>1998年3月水道港口第期/多点旋桨流速仪数据的自动采集与处理.m燕（天津师范大学天津：300074）14刖石本流速仪采用光纤式旋桨流速传感器，由8031单片系统对18根传感器进行采样，数据处理并以纺图和文体方式箝出流速值，还可以自行率定系数。已往的旋桨流速仪只能测星单点流速且只能在绐定的时问间隔内记录旋桨旋转的囹数即所谓计数，而不能测量旋桨旋转一周所用的时间即所谓测周。故测最精度受到限制，特别是在低流速误差更大。本仪器采用单片视记录旋桨旋转周期提高了测髭精度，而且能够箕现多点同时测速,提高了奴车，也降低了成本°此外，单片也还使原来只佳测量:单向流速的旋架流速仪改进为可以测景

2、往复流的双向流速仪。2工作原理传感器的旋桨（叶轮）在水流的推动下产生旋转。每当抛光的叶片掠过测杆前端一次，通过送光光纤束传来而照射在叶轮上的光束就会发生一次反射。反射光通过受光纤束被光检泱I器感受并转换成电脉冲送到8031单片机，单片机对这些脉冲信号进行测周、计数和处理.即可计算出流速。设测得旋桨旋转一周所用的时间为&则每秒钟旋转圈数x=#°已知流速y与转速X有如下关系Iy=axb（1）其中y的单位是cm/5.x的单位是转A.a.b为有最纲常数,为三位有效数字将测得的&代人式得，=«§+&（2）（少式可i|算出传感器旋桨所在位置的瞬时流速值

3、。测速范围为2.5cm/s100cm/s。3硬件组成系统硬件组成枢图如图】所示。其中数据采集缁人接口中设有8个独立的通道，每个通道都有一个状态触发器,传感器送来的踪冲信号可使其置于有效状态单片机通过P口不M查询这些状态位，在荻得有效信息之后，通过控制端口使触发器复位o键盘设有五个键位，可完成启动输入、控制及复位等功能'数码显示器显示输入数据，工作状态等，小数点被用作光标提示。4数据采集在数据采集接口电路中设有8个状态位,各传感器送来的脉冲信号可分别使相应的状收修改稿日期,1997-12-24.图1硬件宙成格图精入输出接口态处于位置“1”表示旋桨旋转一圈。8031单片机不断地查询这些状态

4、位，并记录下旋桨每转一圈所用的时间.已知在测速范围内旋桨的最大转速为每秒20周。故若以500”访向一次状态位的话.数据采集的时间误差不超过1%.在查询过程中，单片机一旦发现某状态位变为“1”，则知其对应的旋桨已转满一圈.随即将这一圈的计时结果暂存起来，同时开始下一圈的计时，并恢复状态位为“0”，为接收下一个脉冲做好准备.计时是记录连续两个脉冲的间隔时间即测最旋桨每转一圈所用的时间计时方法采用定时中断方式8个通道共用一个定时器，以10。内为时间单位计数.设计数值为n,则IOOmsXh,按测速范围中最低流速计,设置计数单元为两个字节。5率定系数将传感器置人已知流速y的恒定流中，并将y值输入到仪器内

5、测出相应的CI取I。，内的平均值.由1求出x.再由x,y按最小二乘法反算出a、b.我们取6个y值，并使y.尽可能均布于测速范围。由于传感器最多有8个;故测得的mi=l,2,“6,=1.2“n）中的n最大为8。最后计算并打印在以后的测速工作中，将这些系数输入到仪器中并和仪器所删出的&一起代入（2）式，以求出各传感器所在位置的流速。6数据处理各通道在预定时间内采集到的4为一系列旋桨旋转周期值。为从大量且准确的数据中获取既不冗长又充分有效的信息.把采集时间划分成一系列4T时间段.计算每个时间段的平均流速值y“，并将它们输出出来.白丁从贝到父火由用户选择.欲求各时向段的平均流速值片.，首先要求

6、出各时间段的平均旋转周期孔，。以一个通道为例，将连续出现的弓累加，求出各时间段内旋桨旋转的明数孔,则&.L即。对于跨越时间段分界线的V，应视旋桨在一周内为匀速旋转而将该圈按比例分配给相邻的两个时间段，故每一时间段内的n,值未必为一整数。对于被选中的各通道都将获取一系列值,将它们一一代人（2）式，就求出各传感器所在位置随时间而变化的一系列平均流速值y.京后绘制出流速曲线。也可以打印出最大（小）平均流速值等数据。7软件设计软件采用模块化结构设计方法，程序的主要功能见图2。子程序完成数据输入、计算、输出等大蓟工作.中断服务程序完成计时工作,这些均未在图中说明。另外，用户不仅可以控制程序的顺序

7、执行，还可以通过键盘选择直接执行某些程序模块。8双而流速仪传感器和接口电路可通过增加一简单电路将原来只能测单向流速的旋桨流速仪变为可以测最往复流的双向流速仪，从而拓宽了旋桨流速仪的使用范围。图3咏冲酎序图在传感器中增设一组与原来一样的光导纤维和光敏感应电路.这样，当光源导出的光通过两束送光光导纤维照射在旋转叶轮的抛光面上时，反射光通过两束受光光导纤维分别在两个光敏感电路中各感应出一个电脉冲信号。这两个脉冲信号存在一定的时间差T,且看部分重合，见图3。设这两个脉冲信号分别为V】和V讣若旋桨正转时，两个脉冲出现的光先后次序是VM当旋桨反转时，其顺序为V2、V】。对置于往复流中作连续旋转的旋桨,将每

8、次出现的两个脉冲及反映其出现顺序的信号送单片机检则，不仅可以测出流速，而且还可以测得水流的方向.在接口电路中增设两个触发器，芬别叫做速度触发器Fl和方向触发器F2.传感器送来的脉冲信号经整形放大后送进这两个触发器,接线图如图4所示。5Vj接单片机图4接口电路图囹2主程序流程图由于旋桨正转时,两个脉冲信号出现的顺序为V、VI、所以在V】上升沿到来时刻,W仍为低电平。将Vi作为F2的触发脉冲,金接输入端0,则在V,上升沿到来四，触器F2将其输入端的低电平传送到输出端，使Qz=。旋桨反转时，触发器已接收的两个脉冲信号的顺序为Vf当V】上升沿触发&时，。广金为高电平，故Q2=K将旋桨置于往复流中，用单片机检测方向触发播F2的输出端Q2,当Q,为“0”时，知旋桨正转，若以此时水流方向为正向，则当Q=1时，说明旋桨反转，水流为逆向。另一方面，由于速度慰发器F,的输入端D】接置高电平,每当脉冲信号V,到来都将使F,置为“1”态，单片机采得这一信息后，即将F|恢复为P”态.经过对方向和速度信息的处理,求出在不同方向下的流速。双向