基于拖曳水槽流速校准装置的ADV性能测试研究

发布时间：2020-06-23 12:36

【摘要】：水流速是河流海洋等现场观测的重要指标,也是各种室内流体实验关心的量值。近年来声学多普勒流速仪(ADV)依靠流速分辨率和采样频率高、可测三维流速等优势得到越来越多的应用。水流速的原级标准是拖曳水槽流速标准装置,其原理是在理想静水假设下利用车速代替流速作为标准值校准流速仪,车速稳定性就成为校准结果准确度的关键。本文针对ADV操作及校准方法未形成规范的问题,建立了一套拖曳水槽流速校准装置,并对装置的测量性能进行实验研究。论文的主要工作如下:(1)设计了拖曳水槽流速校准装置的车速测量系统,完成硬件设备的选型和校准系统上位机程序编写。通过对车速的测试分析,依照沿程位置触发计时的测速方式得到装置测速的合成不确定度为0.43%。(2)针对目前水文机构拖曳水槽测速轮静态标定后动态使用可能导致系统偏差的问题,提出一种基于激光跟踪仪的拖曳水槽车速动态校准方法。发现采用的测速轮在低车速下示值偏低,建议不同车速下采用不同的编码器系数。(3)利用搭建的拖曳水槽流速装置校准MicroADV的时均流速测量能力,测试了不同速度下的流速示值误差,分析了信号强度、采样频率等因素对其测速能力的影响。结果表明MicroADV时均流速测量准确度满足其标称精度指标;信号强度在高频采样时对MicroADV的测量准确度有明显影响;当采样频率大于10Hz时,时均流速超出1%的标称指标的可能性增加。同时在测试过程中以理论计算和实验验证的方式分析了背景流速和示踪粒子的沉降问题。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH814
【图文】：

声学,流技术,多普勒技术

非接触式有V 发展现状DV 的研究最早在ronengold[15]的研究。70海，并验证了代初期，声学多普勒测流技术开始逐渐进入商业化研究研究所（IOS湾进行了海上原理性实验I）成立，在之后的两人合作成立了ohrmann 离开 3 家公司目前主导着国外多普勒测流研究和产品开发 Nortek 公司生产的声学多普勒流速仪非接触式有 LDV 和 PIV。20 世纪 60 年代初期，美国迈阿密大学等和 Airpax 电子公司的 Vlasak[16]等首先开始年代 Emmanuel 和 Mandics 将多普勒技术应验证了其可行性[17]；Clark 和 Scherer 进行了广泛声学多普勒测流技术开始逐渐进入商业化研究）的 Farmer 等人采用单波束多普勒测流系[20]。1982 年声学多普勒测流界在之后的 90 年代，曾工作于 RDI 的 Ramon Ca两人合作成立了主要研发声学多普勒类流速系统 SontekSontek 并自主成立了 Nortek 流速测量公司公司生产的声学多普勒流速仪。美国迈阿密大学首先开始将多普勒技术应声学多普勒测流技术开始逐渐进入商业化研究公流速测量公司家公司目前主导着国外多普勒测流研究和产品开发，如

流速分布,水流速

静水中直线移动[2]。除了采用静水拖曳的流速仪校准方式，国内外还有部分机构采用动水槽的方式（即制造一个已知稳定流速的流场）进行流速仪检定实验。1.3.1 水流速校准装置基本原理水流速标准装置主要有两种工作原理，如图 1.2 所示。一种是动水法，即计量型水洞流速装置，由泵组提供压头在特定曲线收缩段之后形成一段均匀流场，利用标准流速仪对被检流速仪进行校准，这类装置的代表有俄罗斯计量院（VNIIM）的水洞流速装置，流速范围为（0.05~20.0）m/s，扩展不确定度为0.4%；另一种为拖曳水槽流速装置，在直线静水槽两侧的轨道上，由牵引式或自推进的小车拖动水槽中的流速仪做匀速运动，在理想的静水假设下利用车速对流速仪进行校准，其代表为瑞士计量院（METAS）的拖曳水槽流速装置，流速范围为（0.02~10）m/s，扩展不确定度为 0.04%+2mm/s。由于拖曳水槽装置相对水洞装置，具有投资小、工作能耗小、测试段面积大、流速分布均匀、流速稳定性好等优势，得到了世界各国的普遍采用，目前国内水流速装置都采用后一种工作方式。

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