基于虛擬儀器的光電式徑流相關(guān)流速測(cè)量系統(tǒng)的研究.pdf

1、在水土流失研究中，坡面徑流流速是徑流計(jì)算、土壤侵蝕預(yù)報(bào)中不可缺少的水動(dòng)力參數(shù)。開展徑流流速的研究對(duì)于深入研究坡面徑流的動(dòng)力機(jī)制，進(jìn)一步揭示土壤侵蝕機(jī)理至關(guān)重要。 目前尚沒有一種廣泛使用的測(cè)量徑流流速的專用儀器，國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)依然采用染料示蹤法測(cè)量徑流流速。該方法需要人工操作，并且存在人為目視產(chǎn)生的誤差。因此研究一種可以實(shí)時(shí)、在線測(cè)量徑流流速的自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。 土壤侵蝕所形成的坡面徑流是水沙

2、液固兩相流。該研究從兩相流理論出發(fā)，基于相關(guān)流速測(cè)量理論，采用LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，研制了一套徑流流速在線測(cè)量系統(tǒng)。主要結(jié)論有： 1.對(duì)相關(guān)測(cè)量流速方法進(jìn)行了理論分析和研究，建立了相關(guān)法測(cè)量流速的數(shù)學(xué)模型。 2.基于相關(guān)流速測(cè)量理論，采用圖形化編程語言LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)構(gòu)建了一套徑流流速在線測(cè)量系統(tǒng)，包括紅外光電傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、PCI-6040E數(shù)據(jù)采集卡以及使用LabVIEW開發(fā)的相關(guān)測(cè)量軟

3、件，構(gòu)成了虛擬儀器。 3.直接幅值相關(guān)計(jì)算方法精度高，但是計(jì)算復(fù)雜度較高，計(jì)算時(shí)間相對(duì)較長。采用FFT快速相關(guān)算法能夠在不影響計(jì)算精度的情況下，將系統(tǒng)相關(guān)算法的計(jì)算復(fù)雜度從O(n2)降低為O(3/2Nlog2n+n)，理論上計(jì)算速度提高了37倍，大大提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 4.試驗(yàn)結(jié)果表明該測(cè)量系統(tǒng)適用的泥沙含量范圍為0～250kg/m3，在此范圍內(nèi)不需要調(diào)整修正系數(shù)，因此測(cè)量系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性。測(cè)量系統(tǒng)全量程重復(fù)性參

4、數(shù)——相關(guān)流速平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值σvmax為0.097m/s，可重復(fù)性較好。以染料示蹤法測(cè)得流速作為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，系統(tǒng)最大相對(duì)誤差為4.14％，測(cè)量準(zhǔn)確度較高。 5.系統(tǒng)采用光學(xué)方法測(cè)量流速，不易受外界電磁干擾，可靠性好；非接觸式的測(cè)量方法使傳感器不介入流體，避免了測(cè)量系統(tǒng)對(duì)徑流流速的影響。多次試驗(yàn)結(jié)果表明，該徑流相關(guān)流速測(cè)量系統(tǒng)能夠快速、實(shí)時(shí)、在線地測(cè)量坡面徑流的流速，操作方便、性能穩(wěn)定、工作可靠，不易受到外界的干擾。