一种直线明槽中低速高精度流速检定系统及溯源方法

摘要

本发明公开了一种直线明槽中低速高精度流速检定系统及溯源方法，属于流速检定技术领域，包括直线明槽、测量开关、标准激光测距仪、标准毫秒计、检定车；所述直线明槽包括两根互相平行的导轨、以及用于支撑和固定两根所述导轨的支撑墙，两个所述支撑墙互相平行，所述支撑墙与固定在其上的导轨呈同一直线分布，且两个所述导轨的上端面齐平；所述测量开关包括开始测量开关和结束测量开关，所述开始测量开关和结束测量开关安装在任一所述支撑墙上，且所述开始测量开关和结束测量开关在同一水平线上；两个所述导轨的上方滑动连接有检定车；该直线明槽中低速高精度流速检定系统及溯源方法，结构简单、使用方便，自动化程度高。

说明书

技术领域

本发明属于流速检定技术领域，具体涉及直线明槽中低速高精度流速检定校准系统及溯源方法。

背景技术

低速高精度流速检定系统是物理模型试验中对流速测量仪器检定、校准的一种重要手段设备，专用于水工，河工及港工物理模型试验中实验流速仪和原观流速仪速度检定、参数率定与性能校验对比。

流速仪(传感器)随检定车在水槽同步直线运动，槽内水体绝对静止，即水静仪器动，直线明槽中水流静止、水位额定，支流速仪固定于检定车上，传感器测头垂直于水表面直插入水下，对直线明槽中低速高精度流速检定/校准系统自身的运动位移量和运动用时进行量值溯源，即可认为是对直线明槽中低速高精度流速检定、校准系统自身的速度准确溯源，现有的检定系统自动化程度低，效率低下，现有的溯源方法测试结果的准确性误差较大，为了提高溯源的有效性和准触性，需要研发一种新的检定系统和溯源方法来解决现有的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直线明槽中低速高精度流速检定系统及溯源方法，以解决检定系统自动化程度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种直线明槽中低速高精度流速检定系统，包括直线明槽、测量开关、标准激光测距仪、标准毫秒计、检定车；所述直线明槽包括两根互相平行的导轨、以及用于支撑和固定两根所述导轨的支撑墙，两个所述支撑墙互相平行，所述支撑墙与固定在其上的导轨呈同一直线分布，且两个所述导轨的上端面齐平；所述测量开关包括开始测量开关和结束测量开关，所述开始测量开关和结束测量开关安装在任一所述支撑墙上，且所述开始测量开关和结束测量开关在同一水平线上；两个所述导轨的上方滑动连接有检定车；

所述检定车包括检定承载底座、稳定柱、测试装置安装杆、激光测量杆、控制器以及驱动组件；所述检定承载底座的前端面固定有激光测量杆，且在激光测量杆的表面上设有与水平轴线平行的若干槽状筋条，所述激光测量杆的上端面固定有标准激光测距仪，所述标准激光测距仪的前端面与激光测量杆的前端面的距离为5MM-8MM，且所述标准激光测距仪与所述激光测量杆呈同轴分布，所述激光测量杆后端面与稳定柱前端面垂直固定，且所述稳定柱固定于检定承载底座的上方，所述稳定柱的前端面与检定承载底座的前端面齐平，且所述激光测量杆的底面与所述检定承载底座的底面齐平，所述激光测量杆的前侧面下部固定有测试装置安装杆，且所述测试装置安装杆的上端面距离激光测量杆上端面高度为激光测量杆高度的8/10,所述检定承载底座的底面固定有用于驱动检定车运动的驱动组件；

所述检定承载底座上方还安装有标准毫秒计，所述标准毫秒计电性连接于控制器，且所述标准毫秒计把采集的数据发送给控制器，所述控制器固定于检定承载底座上方，所述控制器上还电性连接有标准激光测距仪，且所述标准激光测距仪把采集的数据发送给控制器，所述标准激光测距仪位于检定车的水平轴线的中点位置，所述检定承载底座上方安装有罩壳，所述罩壳的两个相对称的左右侧面上分别设有散热窗，所述控制器中设置有控制电路和微型处理器。

优选的，所述微型处理器中设有下位机程序，采用梯形图作为编程语言，逻辑上定义了最高优先级作为脉冲输出旗标，并以中断方式驱动硬件输出；脉冲的控制时钟嵌套在脉冲中断指令内，确保了时钟的准确度；两台伺服电机均设置为脉冲式位置控制模式并将二者的脉冲光源端以串联方式联接，确保两台电机绝对同步运行。

优选的，所述散热窗为百叶窗状，且窗体内设有若干互相平行分布的散热叶片，每个散热叶片的间距为1CM-2CM，且散热叶片呈斜坡状固定在散热窗上；

所述散热窗的内侧安装有散热风扇，所述散热风扇电性连接于控制器上，所述控制器根据驱动组件运行时间发送不同的执行信号，来控制散热风扇的转动速度。

优选的，所述罩壳的右侧面设有用于查看运行状态的指示灯，且指示灯位于散热窗左侧，所述指示灯的下方安装有紧急停止按钮，所述紧急停止按钮和指示灯与散热窗的间距均相同，所述紧急停止按钮将停止电信号发送给控制器，所述控制器把停止电信号转换成执行信号发送给驱动组件。

优选的，所述罩壳的右侧面还设有用于切断电源连接的电源总开关，所述电源总开关位于散热窗的右侧，且在电源总开关的下方设有确认开关，所述确认开关电性连接于电源总开关和控制器，所述确认开关与电源总开关呈同一直线分布，且确认开关与电源总开关的间距为10CM-15CM，所述确认开关的上端面与散热窗以及指示灯的上端面齐平。

优选的，所述罩壳的右侧面开设有长方形的显示通孔并位于散热窗下方，所述显示通孔内嵌套安装有显示屏，所述显示屏电性连接于控制器上，所述控制器把运行状态以及故障状态的信息发送给显示屏，所述显示屏距离散热窗下端面的长度为5-10CM。

优选的，所述罩壳的上端面安装至少一个天线，所述天线电性连接于控制器内部的通讯电路上，所述控制器通过天线与计算机建立网络连接；

所述罩壳的上端面还至少设置一个用于移动时发出警示灯光的警示灯，所述警示灯电性连接于控制器上，并执行控制器根据移动速度发送不同的控制信号。

优选的，所述罩壳的上端面与前侧面以及上端面和后侧面分别通过前坡面和后坡面连接，且前坡面的轴线与前侧面轴线构成的角度范围为100-130度，所述后坡面的轴线与后侧面轴线构成的角度与前坡面的轴线与前侧面轴线构成的角度相同。

优选的，所述罩壳的上端面靠近左右两侧面的位置至少固定有两个开启把手，所述开启把手的横截面为冂型。

优选的，所述驱动组件设有左右两组固定在检定承载底座的底面，且左右两组驱动组件呈平行分布，左组和右组中分别设有两个驱动组件滑动连接于明槽的导轨上，所述左组中靠近激光测量杆的驱动组件和右组件中靠近激光测量杆的驱动组件的前端面齐平。

一种直线明槽中低速高精度流速检定系统的溯源方法,包括以下步骤：

S1、系统安装：首先在直线明槽注入一定的水，并等待水相对静止，在支撑墙的有效范围内，任意取一段距离，分别安装好开始测量开关和结束测量开关，把需要检验的流速仪固定在测试装置安装杆的连接件上，并保证流速仪沉没在水体内，入水深度和距两侧支撑墙体内壁最小距离大于传感器直径2.5倍，检查驱动组件与导轨的张紧度；并把罩壳固定在检定车上；

S2、系统配置：通过有线或无线把控制器连接到计算机，并把设定的寸动速度、匀速速度、运行距离及运行方向参数保存到控制器中，同时测试显示屏、警示灯、指示灯、标准毫秒计和标准激光测距仪是否正常工作，并调试开始测量开关和结束测量开关的灵敏度；

S3、溯源作业：通过驱动组件使检定车在设定速度下匀速运动，当检定车通过开始测量开关时，所述标准激光测距仪和标准毫秒计同时开始采集数据并传送给控制器，当检定车通过结束测量开关时，标准激光测距仪和标准毫秒计再次采集数据并传送给控制器，所述控制器再把采集数据传输给计算机，所述计算机通过公式v＝Δs/Δt计算出这一区间的小车行驶速度，使用多次作业的数据，确定出小车行驶速度的准确性，同时在直线明槽有效范围内，可以多次任意设置开始测量开关和结束测量开关之间的距离，从而得到不同的测试距离来验证小车的速度；所述小车行驶速度的准确性的确定方法如下：检定车速相对误差公式

本发明的技术效果和优点：该直线明槽中低速高精度流速检定系统及溯源方法，结构简单、使用方便，自动化程度高，一方面，通过量测两点目标物相对距离，也可以测量推算出刚体运动航迹过程，以及自动感应的测量开关，实现了测量的自动化，另一方面，通过指示灯、紧急停止按钮、散热窗、显示屏、警示灯、电源总开关、确认开关提高了系统的安全性。

附图说明

图1为本发明的溯源方法流程图；

图2为本发明检定车的后侧结构示意图；

图3为本发明检定车未安装罩壳的后侧结构示意图；

图4为本发明电路示意图；

图5为本发明检定系统结构示意图。

图中：1、直线明槽；2、标准激光测距仪；3、标准毫秒计；4、计算机；5、开始测量开关；6、结束测量开关；7、检定车；8、罩壳；71、检定承载底座；72、稳定柱；73、测试装置安装杆；74、驱动组件；75、激光测量杆；81、指示灯；82、紧急停止按钮；83、散热窗；84、开启把手；85、显示屏；86、警示灯；87、电源总开关；88、确认开关。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1-5中所示的一种直线明槽中低速高精度流速检定系统,包括直线明槽1、测量开关、标准激光测距仪2、标准毫秒计3、计算机4、检定车7；直线明槽1包括两根互相平行的导轨、以及用于支撑和固定两根所述导轨的支撑墙，两个支撑墙互相平行，支撑墙与固定在其上的导轨呈同一直线分布，且两个导轨的上端面齐平；所述测量开关开始测量开关5和结束测量开关6，开始测量开关5和结束测量开关6安装在任一支撑墙上，且开始测量开关5和结束测量开关6在同一水平线上；两个导轨的上方滑动连接有检定车7；检定承载底座71的后部还固定有稳定柱72；安装在支撑墙上的开始测量开关5和结束测量开关6为测量开关的发射端，检定车7安装有与其相匹配的测量开关的接收端；

检定车7包括检定承载底座71、稳定柱72、测试装置安装杆73、激光测量杆75、控制器以及驱动组件74；检定承载底座71的前端面固定有激光测量杆75，且在激光测量杆75的表面上设有与水平轴线平行的若干槽状筋条，激光测量杆75的上端面固定有标准激光测距仪2，标准激光测距仪2的前端面与激光测量杆75的前端面的距离为5MM-8MM，且标准激光测距仪2与激光测量杆75呈同轴分布，激光测量杆75后端面与稳定柱72前端面垂直固定，且稳定柱72固定于检定承载底座71的上方，稳定柱72的前端面与检定承载底座71的前端面齐平，且激光测量杆75的底面与检定承载底座71的底面齐平，激光测量杆75的前侧面下部固定有测试装置安装杆73，且测试装置安装杆73的上端面距离激光测量杆75上端面高度为激光测量杆75高度的8/10,检定承载底座71的底面固定有用于驱动检定车7运动的驱动组件74；检定承载底座71的横截面为正方形或长方形形状，且在检定承载底座71上开设有若干圆形的通孔；

检定承载底座71上方还安装有标准毫秒计3，标准毫秒计3电性连接于控制器，且标准毫秒计3把采集的数据发送给控制器，控制器固定于检定承载底座71上方，控制器上还电性连接有标准激光测距仪2，且标准激光测距仪2把采集的数据发送给控制器，标准激光测距仪2位于检定车7的水平轴线的中点位置，检定承载底座71上方安装有罩壳8，罩壳8的两个相对称的左右侧面上分别设有散热窗83，提高了检定车7的工作效率，散热窗83为百叶窗状，且窗体内设有若干互相平行分布的散热叶片，每个散热叶片的间距为1CM-2CM，且散热叶片呈斜坡状固定在散热窗83上；

散热窗83的内侧安装有散热风扇，散热风扇电性连接于控制器上，控制器根据驱动组件74运行时间发送不同的执行信号，来控制散热风扇的转动速度；

散热窗83为百叶窗状，且窗体内设有若干互相平行分布的散热叶片，每个散热叶片的间距为1CM-2CM，且散热叶片呈斜坡状固定在散热窗83上；

散热窗83的内侧安装有散热风扇，散热风扇电性连接于控制器上，控制器根据驱动组件74运行时间发送不同的执行信号，来控制散热风扇的转动速度；节省了能源，当内部温度较高时，转速最快，当温度降低时，转速变慢；

罩壳8的右侧面设有用于查看运行状态的指示灯81，且指示灯81位于散热窗83左侧，指示灯81的下方安装有紧急停止按钮82，紧急停止按钮82和指示灯81与散热窗83的间距均相同，紧急停止按钮82将停止电信号发送给控制器，控制器把停止电信号转换成执行信号发送给驱动组件74，提高了检定车7的安全性；

罩壳8的右侧面还设有用于切断电源连接的电源总开关87，电源总开关87位于散热窗83的右侧，且在电源总开关87的下方设有确认开关88，防止误操作打开电源总开关87造成检定车7的工作，确认开关88电性连接于电源总开关87和控制器，确认开关88与电源总开关87呈同一直线分布，且确认开关88与电源总开关87的间距为10CM-15CM，确认开关88的上端面与散热窗83以及指示灯81的上端面齐平；

罩壳8的右侧面开设有长方形的显示通孔并位于散热窗83下方，显示通孔内嵌套安装有显示屏85，显示屏85电性连接于控制器上，控制器把运行状态以及故障状态的信息发送给显示屏85，显示屏85距离散热窗83下端面的长度为5-10CM；

罩壳8的上端面安装至少一个天线，天线电性连接于控制器内部的通讯电路上，控制器通过天线与计算机4建立网络连接；

罩壳8的上端面还至少设置一个用于移动时发出警示灯光的警示灯86，警示灯86电性连接于控制器上，并执行控制器根据移动速度发送不同的控制信号；

罩壳8的上端面与前侧面以及上端面和后侧面分别通过前坡面和后坡面连接，且前坡面的轴线与前侧面轴线构成的角度范围为100-130度，所述后坡面的轴线与后侧面轴线构成的角度与前坡面的轴线与前侧面轴线构成的角度相同。所述罩壳8的上端面靠近左右两侧面的位置至少固定有两个开启把手84，所述开启把手84的横截面为冂型；

驱动组件74分左右两组固定在检定承载底座71的底面，左右两组驱动组件74呈平行分布，且左组和右组中分别设有两个驱动组件74滑动连接于明槽的导轨上，所述左组中靠近激光测量杆75的驱动组件74和右组件中靠近激光测量杆75的驱动组件74的前端面齐平；所述控制器中设置有控制电路和微型处理器；

一种直线明槽中低速高精度流速检定系统的溯源方法，包括以下步骤：S1、系统安装：首先在直线明槽1注入一定的水，并等待水相对静止，在支撑墙的有效范围内，任意取一段距离，分别安装好开始测量开关5和结束测量开关6，把需要检验的流速仪固定在测试装置安装杆73的连接件上，并保证流速仪沉没在水体内，入水深度和距两侧支撑墙体内壁最小距离大于传感器直径2.5倍，检查驱动组件74与导轨的张紧度；并把罩壳8固定在检定车7上；

S2、系统配置：通过有线或无线把控制器连接到计算机4，并把设定的参数保存到控制器中，同时测试显示屏85、警示灯86、指示灯81、标准毫秒计3和标准激光测距仪2是否正常工作，并调试开始测量开关5和结束测量开关6的灵敏度；

S3、溯源作业：通过驱动组件74使检定车7在设定速度下匀速运动，当检定车7通过开始测量开关5时，标准激光测距仪2和标准毫秒计3同时开始采集数据并传送给控制器，当检定车7通过结束测量开关6时，标准激光测距仪2和标准毫秒计3再次采集数据并传送给控制器，所述控制器再把采集数据传输给计算机4，所述计算机4通过公式v＝Δs/Δt计算出这一区间的小车行驶速度，使用多次作业的数据，判断对比及计算可以验证出小车行驶速度的准确性，同时在直线明槽1有效范围内，可以多次任意设置开始测量开关5和结束测量开关6之间的距离，从而得到不同的测试距离来验证小车的速度，V代表速度，Δs代表距离变化量，Δt代表时间变化量；

本实施例中，采用标准激光测距仪2与标准的标准毫秒计3相结合的方式，标准激光测距仪2与标准毫秒计3均送检计量标准合格后，依据位移与时间的物理关系(v＝Δs/Δt)，对检定车7的运动速度进行准确性溯源验证；

标准激光测距仪2用于量测两点目标物相对距离，也可以测量推算出刚体运动航迹过程，标准激光测距仪2属精准确仪器，由于能谱高、频响快、分辨率小、光束集中、发射至目标物光斑点极小等优势，目前广泛用于国防和工业科研测绘，测量原理是根据发射激光束遇到目标物体曲面上某一点反射回的特性进行量测的，激光束在空气中传播，碰到障碍物(反射板)即折返回来；发射时开始计时，激光探头接收器收到反射波立即中断计时，通过连续检测波束发射后遇到反射板反射的回波，测出发射～接收回波时差t求出距离S，标准激光测距仪2能在毫秒时刻内向目标发射出一条光束集中且颜色不同的可见光；由探头光敏电子元件接收自目标物反射回来激光束；计时器计量出激光束从发射～接收的时间/2；再计算出从探头到目标物的距离；

毫秒仪为时间计量仪器，其时间精度按1/1000s间隔发生并计量，按使用需求选型一款精密时间源是基本要素之二，利用电位控制计时器启/停通道捕捉脉冲宽度信号，计时区间自动选档，秒与亳秒计时小数点自动切换，使用RS-232接口与PC机系统进行数据通信计时误差自动补偿，毫秒级分辨计时单位。此外，还增加了交/直流电信号控制，更便于用户使用，内置通道有电路自锁，可以避免因控制信号误接入造成仪器的损坏；

当直线明槽1上的检定车7沿X轴直线运动至车速匀速恒定后；计时10～12s测试多件流速仪流速数值后，分别取1-N件流速仪的每秒平均流速值，其本质是确定一个标准速度区间，即量值溯源，其核心在于通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准(通常是国家计量基准或国际计量基准)联系起来的特性，实现量值溯源的最主要手段是校准和检定，对直线明槽中低速高精度流速检定、校准系统自身的准确性进行溯源，本质上是对运动速度的量值溯源，速度在数值上等于物体运动的位移跟发生这段位移所用的时间的比值，速度的计算公式为v＝Δs/Δt，国际单位制中速度的单位是米每秒；

在直线明槽1上布置测量开关，在本实施例中，测量开关为光电开关或者霍尔开关，测量开关包括开始测量开关5和结束测量开关6，检定车7行驶方向由左往右，行驶速度为v

其中，小车行驶速度的准确性的确定方法如下：检定车速相对误差公式

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。