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

1、在水土流失研究中，坡面徑流流速是徑流計算、土壤侵蝕預(yù)報中不可缺少的水動力參數(shù)。開展徑流流速的研究對于深入研究坡面徑流的動力機制，進一步揭示土壤侵蝕機理至關(guān)重要。 目前尚沒有一種廣泛使用的測量徑流流速的專用儀器，國內(nèi)外眾多研究機構(gòu)依然采用染料示蹤法測量徑流流速。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時、在線測量徑流流速的自動化測量系統(tǒng)具有重要的科學(xué)意義和實用價值。 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)流速測量理論，采用LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺，研制了一套徑流流速在線測量系統(tǒng)。主要結(jié)論有： 1.對相關(guān)測量流速方法進行了理論分析和研究，建立了相關(guān)法測量流速的數(shù)學(xué)模型。 2.基于相關(guān)流速測量理論，采用圖形化編程語言LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺構(gòu)建了一套徑流流速在線測量系統(tǒng)，包括紅外光電傳感器、信號調(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)測量軟

3、件，構(gòu)成了虛擬儀器。 3.直接幅值相關(guān)計算方法精度高，但是計算復(fù)雜度較高，計算時間相對較長。采用FFT快速相關(guān)算法能夠在不影響計算精度的情況下，將系統(tǒng)相關(guān)算法的計算復(fù)雜度從O(n2)降低為O(3/2Nlog2n+n)，理論上計算速度提高了37倍，大大提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 4.試驗結(jié)果表明該測量系統(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)，因此測量系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性。測量系統(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。以染料示蹤法測得流速作為標(biāo)準(zhǔn)值進行標(biāo)定試驗，系統(tǒng)最大相對誤差為4.14％，測量準(zhǔn)確度較高。 5.系統(tǒng)采用光學(xué)方法測量流速，不易受外界電磁干擾，可靠性好；非接觸式的測量方法使傳感器不介入流體，避免了測量系統(tǒng)對徑流流速的影響。多次試驗結(jié)果表明，該徑流相關(guān)流速測量系統(tǒng)能夠快速、實時、在線地測量坡面徑流的流速，操作方便、性能穩(wěn)定、工作可靠，不易受到外界的干擾。