單點(diǎn)流速儀空間坐標(biāo)定位及數(shù)據(jù)管理.docx

1、胎<研究與探索KESEIU：HAM)EXIM.OKATIOXINLABORATOin單點(diǎn)流速儀空間坐標(biāo)定位及數(shù)據(jù)管理陳紅，唐立模，房世龍，路云(河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京210098)摘要：為實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)流速儀空間坐標(biāo)定位.開發(fā)了自動(dòng)跟蹤坐標(biāo)位移系統(tǒng)，包括單元機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、坐標(biāo)架和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)分為手動(dòng)和計(jì)算機(jī)控制兩種工作方式，計(jì)算機(jī)控制時(shí)，直接輸入水平和垂直方向的相對位移量，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)定位；也可時(shí)空間坐標(biāo)進(jìn)行網(wǎng)格割分，再依次自動(dòng)運(yùn)行至相應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)S點(diǎn)跟蹤定位，定位粘度0.01min基于Access-It4庫對流速和相應(yīng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并圖形化顯示流速矢量，直觀地反映出

2、水流結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)墊合了單點(diǎn)流速儀的坐標(biāo)定位、救據(jù)測量、4攵據(jù)分析和圖形化顯示，使實(shí)臉過程更加系統(tǒng)化和信息化，提高了單點(diǎn)流速儀的測量精度和實(shí)驗(yàn)效率關(guān)鍵詞：單點(diǎn)流速儀；坐標(biāo)定位；系統(tǒng)化實(shí)臉中圖分類號:TV131.66文獻(xiàn)標(biāo)志瑪：A文章編號：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基金項(xiàng)目：IN家門歡科學(xué)隊(duì)£什年項(xiàng)目(50909036)；中央廟校M本科研業(yè)務(wù)費(fèi)原慌金頊U(2OO9IMW3I4)作者簡介：陳紅(卬81).為.爪慶右陽人.實(shí)技帥.現(xiàn)七要從中現(xiàn)代浪體測試技術(shù)、水信息技木、實(shí)拾技術(shù)及儀器代理等研究Tri.

7、：025-837X6970；K-mialcM'hh.hhuC0hhu.imIii.<*ii。引言流速是確定水流運(yùn)動(dòng)特性的堪本參ht之一.既是理論分析的出發(fā)點(diǎn)，也是驗(yàn)!證理論的標(biāo)準(zhǔn)"、水流結(jié)構(gòu)分析和工程方案優(yōu)化都涉及流速測ht.只有精確測址流速才能保證實(shí)凝成果的可靠性。常用的水力學(xué)實(shí)驗(yàn)流速測址儀器仃:畢托管、微型旋槳流速儀、熱線熱膜流速儀(HotWire/HolFilmAnemometry,HWFA)、粒子圖像測速儀(ParticleImageVelocimetry,PIV)、超聲波多i普勒流速儀(AcousticDopplerVelocimetry,ADV)、激光多譜勒

8、流速儀(LaserDopplerVelocimetry/Ancmomelry,LDV/LDA)等。PW可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)全流場測ht*。測量效率高，但易受水質(zhì)、泥沙等因素干擾，測范圍小、價(jià)格昂貴，難以廣泛應(yīng)用，畢托管、旋槳流速儀、HWFA、ADV和I.DV都為單點(diǎn)測量儀器i6,0,LDV系統(tǒng)發(fā)雜，價(jià)格昂貴，應(yīng)用相對較少，其他單點(diǎn)流速儀具右操作簡便、價(jià)格低等顯著優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于水力學(xué)實(shí)驗(yàn)爪點(diǎn)流速儀每次只能測缺一個(gè)空間點(diǎn)的流速，在測缺垂線或斷面流速分布時(shí)，需要進(jìn)行多點(diǎn)測ht及空間坐標(biāo)定位。布置多臺單點(diǎn)流速儀，雖能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觀測，但對水流的干擾將大幅增加，影響水流流態(tài)，而采用人工方式進(jìn)行坐標(biāo)定位，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又

9、難以保證定位精度。為此，本文開發(fā)了單點(diǎn)流速儀坐標(biāo)自動(dòng)定位系統(tǒng)，其具有空間網(wǎng)格剖分、白動(dòng)定位等功能，提高r流場坐標(biāo)定位精度，保證r實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。1坐標(biāo)自動(dòng)定位系統(tǒng)及數(shù)據(jù)管理1.1硬件結(jié)構(gòu)坐標(biāo)定位系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由PC機(jī)、單元機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和坐標(biāo)架等組成。坐標(biāo)架(見圖2)可實(shí)現(xiàn)水平()和垂直(y)方向的跟蹤定位。坐標(biāo)架基座與滾軸絲桿套接，并隨滾軸效桿運(yùn)動(dòng).滾軸絲桿端部裝有步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾軸絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使固定在基座上的單點(diǎn)流速儀沿為、y軸移動(dòng)；PC機(jī)通過COM口與單片機(jī)相連并發(fā)送控制命令，單元機(jī)將命令轉(zhuǎn)換為控制信號傳輸給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器對信號進(jìn)行調(diào)理，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)精

10、確定位。圖1坐怵定住系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖圖2坐標(biāo)位移硬件系統(tǒng)系統(tǒng)采用開環(huán)控制，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保證基座上的負(fù)爪小于坐標(biāo)架的顛定負(fù)載，并通過提高騾動(dòng)電壓，優(yōu)化加減速時(shí)間，防止.電機(jī)產(chǎn)生失步等情況。1.2控制方式坐標(biāo)定位系統(tǒng)分為手動(dòng)和汁算機(jī)控制兩種方式(也圖3)。手動(dòng)方式時(shí)分別旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)盤實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)定位；計(jì)算機(jī)控制乂分為單點(diǎn)模式和多點(diǎn)模式單點(diǎn)模式F輸入相對于當(dāng)前空間位置的位移/,系統(tǒng)按設(shè)定位移缺依次運(yùn)行%和y方向電機(jī)進(jìn)行坐標(biāo)定位;多點(diǎn)模式F,采用r動(dòng)或單點(diǎn)模式設(shè)置零點(diǎn)，并將單點(diǎn)流速儀移動(dòng)至該零點(diǎn)，再對測ht平ifii進(jìn)行網(wǎng)格剖分，動(dòng)計(jì)算修點(diǎn)距離并控制I和*方向電機(jī)依次運(yùn)動(dòng)至各個(gè)網(wǎng)格打點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)坐標(biāo)定位圖3坐標(biāo)

11、位移軟件界血1.3數(shù)據(jù)管理為研究職線流速分布或水流結(jié)構(gòu)需要布測大址測ht點(diǎn)，各測ht點(diǎn)包含空間坐標(biāo)、瞬時(shí)流速、時(shí)均流速、脈動(dòng)流速、采樣時(shí)間、實(shí)驗(yàn)1：況等數(shù)據(jù)信息，人I：方式管理數(shù)據(jù)已難以滿足實(shí)會(huì)信息化和集成化要求，需要將空間坐標(biāo)定位、數(shù)據(jù)管理和儀器控制集成-體，才能提高實(shí)驗(yàn)效率1，U1o選用ACCESS進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)表字段名設(shè)計(jì)為：編號、*坐標(biāo)、y坐標(biāo)、流速文件路徑、時(shí)均流速、流量、水深、測最時(shí)間、工況名、采樣時(shí)間。實(shí)驗(yàn)時(shí)，為減小數(shù)據(jù)交換ht,充分利用氓點(diǎn)流速儀連續(xù)采集功能，將單點(diǎn)流速儀采樣的戒時(shí)流速數(shù)據(jù)百接記錄f流速文件中，并以潭速文件形式進(jìn)行保存,文件名為初始采樣時(shí)間，如文件名為201

12、106111035,表示采樣時(shí)間為2()11年06月II日10點(diǎn)35分采樣的流速數(shù)據(jù)文件。采集完成后，系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行新測ht點(diǎn)坐標(biāo)定位和數(shù)據(jù)處理，提高處理效率。2實(shí)際應(yīng)用ADV具有時(shí)間和空間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛被應(yīng)用于流體實(shí)驗(yàn)中,，4-，5；o結(jié)合ADV介紹相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理等系統(tǒng)應(yīng)用情況。為提高系統(tǒng)集成度，選用計(jì)算機(jī)巾口作為基本通信端口，基于單點(diǎn)流速儀的通信協(xié)議，將各種單點(diǎn)流速儀不同通信協(xié)議轉(zhuǎn)換通用的申口通信協(xié)議，也接控制流速儀。ADV實(shí)驗(yàn)時(shí)（見圖4）,系統(tǒng)通過申口直接控制坐標(biāo)位移系統(tǒng)和ADV進(jìn)行數(shù)據(jù)測技.并采用ACCESS數(shù)據(jù)庫對流速數(shù)據(jù)進(jìn)行管理o圖4系統(tǒng)集成ADV測ht界面斷面流速測ht流程如

13、下：初始化坐標(biāo)位移系統(tǒng)和ADV；設(shè)置坐標(biāo)架原點(diǎn).并將ADV移動(dòng)至該點(diǎn)；流場網(wǎng)格剖分;移動(dòng)至各網(wǎng)格皆點(diǎn)進(jìn)行流速數(shù)據(jù)測ht.保存流速數(shù)據(jù)文件和實(shí)臉工況信息;數(shù)據(jù)處理和圖形化顯示.結(jié)合已有實(shí)我數(shù)據(jù)，對流場部分區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化汁算，獲得全流場數(shù)據(jù)在長12m、寬0.4m、高（）.6m的水槽中進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn).水深9cmo共測林了5條垂線流速，每條垂線18個(gè)流速點(diǎn)。采用坐標(biāo)自動(dòng)定位系統(tǒng).ADV測技單點(diǎn)用時(shí)305.移動(dòng)至下一點(diǎn)用時(shí)2s,完成90個(gè)流速點(diǎn)的測址，用時(shí)2878s,相比人工坐標(biāo)定位和數(shù)據(jù)處理大幅提高了實(shí)驗(yàn)效率。ADV實(shí)驗(yàn)時(shí)獲取了大量:流速數(shù)據(jù)（見表1）.表格形式顯示流速數(shù)據(jù)難以揭示水流結(jié)構(gòu).對表1的流

14、速數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化顯示.可E觀地揭示出當(dāng)前流態(tài)為恒定均勻流O衰1垂線流速數(shù)據(jù)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結(jié)語單點(diǎn)流速儀為獲取垂線或整個(gè)流場的數(shù)據(jù)，需要移動(dòng)至各空間節(jié)點(diǎn)進(jìn)彳j測頁，采用坐標(biāo)門動(dòng)定位及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)后.可實(shí)現(xiàn)流場網(wǎng)格剖分和自動(dòng)定位.提高r定位精度,減少了工作量.利用ACCESS數(shù)據(jù)庫對海量流場數(shù)據(jù)進(jìn)行管理.輔以圖形化顯示，能直觀地揭示出水流結(jié)構(gòu)

17、。對于單點(diǎn)流速儀.本系統(tǒng)大幅提高了實(shí)驗(yàn)的fl動(dòng)化程度.減少研究人員r.作缺.但氓臺位點(diǎn)流速儀不能實(shí)現(xiàn)流場數(shù)據(jù)的同步測ht后面應(yīng)不斷開發(fā)新型流速測ht技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)非恒定流狀態(tài)卜垂線或全斷面流速的同步測同。參考文獻(xiàn)（References）:1 唐洪武.唐立糧.陳紅，等.現(xiàn)代流動(dòng)測試技術(shù)及曉用M.北京:科學(xué)出版H.2009：57-232.2 禁守允.劉兆南.張曉紅.等.水利T.程模型試我破灣技術(shù)M.北京：海洋出版社.2008:20-25.（下轉(zhuǎn)第21頁）過溶膠-凝膠.H潰-提拉，模板劑脫除等I：藝.制備了有序二敏化硅介孔薄膜，并通過化學(xué)浸泡法組裝銀納米粒子。用XRD、TEM、EDS、UV法等手段對薄

18、膜的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行r表征,主要:號察了銀離子的還原情況.并結(jié)合循環(huán)伏安法對電極的性能進(jìn)行廠測試。實(shí)羚表明銀納米粒子及銀納米陣列電極2經(jīng)形成，參考文獻(xiàn)(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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