【摘要】：水流速是河流海洋等現(xiàn)場觀測的重要指標(biāo),也是各種室內(nèi)流體實(shí)驗(yàn)關(guān)心的量值。近年來聲學(xué)多普勒流速儀(ADV)依靠流速分辨率和采樣頻率高、可測三維流速等優(yōu)勢得到越來越多的應(yīng)用。水流速的原級標(biāo)準(zhǔn)是拖曳水槽流速標(biāo)準(zhǔn)裝置,其原理是在理想靜水假設(shè)下利用車速代替流速作為標(biāo)準(zhǔn)值校準(zhǔn)流速儀,車速穩(wěn)定性就成為校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。本文針對ADV操作及校準(zhǔn)方法未形成規(guī)范的問題,建立了一套拖曳水槽流速校準(zhǔn)裝置,并對裝置的測量性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。論文的主要工作如下:(1)設(shè)計(jì)了拖曳水槽流速校準(zhǔn)裝置的車速測量系統(tǒng),完成硬件設(shè)備的選型和校準(zhǔn)系統(tǒng)上位機(jī)程序編寫。通過對車速的測試分析,依照沿程位置觸發(fā)計(jì)時的測速方式得到裝置測速的合成不確定度為0.43%。(2)針對目前水文機(jī)構(gòu)拖曳水槽測速輪靜態(tài)標(biāo)定后動態(tài)使用可能導(dǎo)致系統(tǒng)偏差的問題,提出一種基于激光跟蹤儀的拖曳水槽車速動態(tài)校準(zhǔn)方法。發(fā)現(xiàn)采用的測速輪在低車速下示值偏低,建議不同車速下采用不同的編碼器系數(shù)。(3)利用搭建的拖曳水槽流速裝置校準(zhǔn)MicroADV的時均流速測量能力,測試了不同速度下的流速示值誤差,分析了信號強(qiáng)度、采樣頻率等因素對其測速能力的影響。結(jié)果表明MicroADV時均流速測量準(zhǔn)確度滿足其標(biāo)稱精度指標(biāo);信號強(qiáng)度在高頻采樣時對MicroADV的測量準(zhǔn)確度有明顯影響;當(dāng)采樣頻率大于10Hz時,時均流速超出1%的標(biāo)稱指標(biāo)的可能性增加。同時在測試過程中以理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式分析了背景流速和示蹤粒子的沉降問題。
【學(xué)位授予單位】：中國計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH814
【圖文】：

非接觸式有V 發(fā)展現(xiàn)狀DV 的研究最早在ronengold[15]的研究。70海，并驗(yàn)證了代初期，聲學(xué)多普勒測流技術(shù)開始逐漸進(jìn)入商業(yè)化研究研究所（IOS灣進(jìn)行了海上原理性實(shí)驗(yàn)I）成立，在之后的兩人合作成立了ohrmann 離開 3 家公司目前主導(dǎo)著國外多普勒測流研究和產(chǎn)品開發(fā) Nortek 公司生產(chǎn)的聲學(xué)多普勒流速儀非接觸式有 LDV 和 PIV。20 世紀(jì) 60 年代初期，美國邁阿密大學(xué)等和 Airpax 電子公司的 Vlasak[16]等首先開始年代 Emmanuel 和 Mandics 將多普勒技術(shù)應(yīng)驗(yàn)證了其可行性[17]；Clark 和 Scherer 進(jìn)行了廣泛聲學(xué)多普勒測流技術(shù)開始逐漸進(jìn)入商業(yè)化研究）的 Farmer 等人采用單波束多普勒測流系[20]。1982 年聲學(xué)多普勒測流界在之后的 90 年代，曾工作于 RDI 的 Ramon Ca兩人合作成立了主要研發(fā)聲學(xué)多普勒類流速系統(tǒng) SontekSontek 并自主成立了 Nortek 流速測量公司公司生產(chǎn)的聲學(xué)多普勒流速儀。美國邁阿密大學(xué)首先開始將多普勒技術(shù)應(yīng)聲學(xué)多普勒測流技術(shù)開始逐漸進(jìn)入商業(yè)化研究公流速測量公司家公司目前主導(dǎo)著國外多普勒測流研究和產(chǎn)品開發(fā)，如

靜水中直線移動[2]。除了采用靜水拖曳的流速儀校準(zhǔn)方式，國內(nèi)外還有部分機(jī)構(gòu)采用動水槽的方式（即制造一個已知穩(wěn)定流速的流場）進(jìn)行流速儀檢定實(shí)驗(yàn)。1.3.1 水流速校準(zhǔn)裝置基本原理水流速標(biāo)準(zhǔn)裝置主要有兩種工作原理，如圖 1.2 所示。一種是動水法，即計(jì)量型水洞流速裝置，由泵組提供壓頭在特定曲線收縮段之后形成一段均勻流場，利用標(biāo)準(zhǔn)流速儀對被檢流速儀進(jìn)行校準(zhǔn)，這類裝置的代表有俄羅斯計(jì)量院（VNIIM）的水洞流速裝置，流速范圍為（0.05~20.0）m/s，擴(kuò)展不確定度為0.4%；另一種為拖曳水槽流速裝置，在直線靜水槽兩側(cè)的軌道上，由牽引式或自推進(jìn)的小車拖動水槽中的流速儀做勻速運(yùn)動，在理想的靜水假設(shè)下利用車速對流速儀進(jìn)行校準(zhǔn)，其代表為瑞士計(jì)量院（METAS）的拖曳水槽流速裝置，流速范圍為（0.02~10）m/s，擴(kuò)展不確定度為 0.04%+2mm/s。由于拖曳水槽裝置相對水洞裝置，具有投資小、工作能耗小、測試段面積大、流速分布均勻、流速穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，得到了世界各國的普遍采用，目前國內(nèi)水流速裝置都采用后一種工作方式。

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本文編號：2727342