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1、港口及航道工程模型试验 第八章 量测技术 港航工程模型测量的主要物理量: 水位、流速、波浪、压力、拉力以及含沙量等 非物理量。 一、量测系统框图 量测系统模拟系统和数字系统(信号还原和 失真度差别)。 第一节 概述 图8-1 近代量测系统 第一节 概述 各类传感器-将非电物理理转换为电量,故也称变换 量,有电阻式、电容式、电磁式、光电式,还有超生波、 激光等。 第一节 概述 静态、动态特性输入信号时间变化划分; 1 静态特性 (1)精确度 准确度与实际值的偏离;精密度所测数值 重复一致程度。 (2)灵敏度输出信号变化量/输入信号变化量 (3)线性度 (4)稳定性 (5)零点飘移 (6)滞后性
2、第一节 概述 二 量测系统特性 2 动态特性 (1)传递函数输出/输入(信号比) (2)动态参量时间常数,阻尼率,固有频率 (3)自振频率大于被测物理量410倍 第一节 概述 二 量测系统特性 对量测系统传感器要求: (1)具有足够灵敏度和线形度 (2)较好的动态特性 (3)工作稳定,零漂小(放水防潮) (4)避免传感器尺度对流场干扰 第一节 概述 二 量测系统特性 第二节 电阻应变测量 电阻应变系统主要由三部分组成: (1)电阻应变片 (2)电阻应变仪 (3)记录仪 优点:精度高(12),频响好,有现成机片应用, 使用(算)简单等; 缺点:只能测量局部(而不是全域)应变,受温度、湿 度等影响
3、大。 第二节 电阻应变测量 一、工作原理,构造与分类 丝绕式应变片箔式和半导体式应变片 第二节 电阻应变测量 一、工作原理,构造与分类 第二节 电阻应变测量 二 应变片的选用与粘贴 n1 应变片的选用 n2 应变片的粘贴工艺 分为静态、动态和超动态电阻应变仪。 第二节 电阻应变测量 三 电阻应变仪 第三节 压力测量 n1 液柱平衡法(测压管) n2 重力平衡法 n3 弹性变形法 一 应变片式压力传感器(P206) 二 压电式压力传感器单晶硅膜片(P207) 三 测力传感器 筒形、柱形、环形和梁形等。 第四节 水位和波面测量 n一 测 针 n二 跟踪式自动水位仪 n三 液阻式水位仪两电极 n四
4、钽丝电容浪高仪一电极 n五 波周期和波长的测量两台浪高仪 n L=TL/t 第五节 流速和流量测量 测速方法: n接触式毕托管、旋浆式、电磁式、热膜式、电阻 片式和超声式 n非接触式激光测速和流场显示测速 n一、毕托管流速仪 h=v2/2g 第五节 流速和流量测量 二、旋浆流速仪 主要分: n计数法:v=kf+c n周期法:v=(t1+t2)k+c n 优点:低流速、非恒定流,节省测流时间。 式中: v 测点流速(m/s); k 旋浆系数,由旋浆结构性能而定,率定求得; f =n/t,旋转频率, t 为计测时间,n为t 时段内的转数; t1遮盖第一次的时间; t2 遮盖第二次的时间。 n三、电
5、磁流速仪(法拉第定律) n四、流向的测量 n 1、流动显示法; n 2、量测分速度法; n 3、用舵叶跟踪流向。 第五节 流速和流量测量 第五节 流速和流量测量 五 流量测量 n1 量水堰(三角、矩形) n2 文杜里管流量计 n3 电磁式流量计 n4 超声式流量计 第六节 含沙量和地形测量 一 含沙量测量 1、烘干法 2、比重瓶法 3、光电测沙法 二 冲於地形测量 1、接触式:(1)电阻式(2)光电式 2、非接触式(3)超声波地形仪(4)跟踪式地形仪 第七节 测量数据的采集与记录 一 测量数据的显示 二 动态测量记录器 三 光线示波器 四 微机系统自动控制、数据采集和处理 五 遥控船模 回转角
6、速度; t时间; 舵角。 第八节 流场显示技术 一 概述 二 显示方法 (1)壁面示踪法 (2)丝线法 (3)直接注入示踪法 (4)化学反应示踪法 (5)光学法 三 显示装置原理 四 示踪剂 五 流谱及图数处理 第八节 流场显示技术 明沟出流消能型式 盖板出流消能型式 第八节 流场显示技术 阀门后突扩体型流场显示 第八节 流场显示技术 阀门后突扩体型压力显示 港口及航道工程模型试验 第九章 试验数据的处理 直接测量:如速度,压力 间接测量:如加速度 测量数据:确定性非确定性(明确的数学关系 式描述的数据)。 第一节 概 述 第一节 概 述 相对误差: 系统误差仪器精度和环境影响; 随机误差偶然
7、、无规律误差; 粗大误差错误。 第二节 试验数据的误差分析 一 统计特征值 1 平均值:算术平均值,几何平均值 2 离差: (1)标准误差均方差,各误差平方和的平均值的平方 根; (2)平均误差残差的绝对值的算术平均值; (3)概率误差将误差绝对值按大小排列的中间数; (4)离散系数标准差或平均差与算术平均数之比。 假定系统误差不存在,或消除,或可忽略。 1 对称性 2 两头小,中间大,单峰性 3 有界性 4 随机误差平均值趋于零 正态分布 第二节 试验数据的误差分析 二、随机误差的特性及分布(有规律性) 高斯误定律 误差曲线 误差分布函数 置信概率 置信区间 第二节 试验数据的误差分析 二、
8、随机误差的特性及分布(有规律性) 第二节 试验数据的误差分析 三 间接测量误差的估计 复合量的误差传递公式。 误差传递公式 第三节 试验数据的统计检验 一 异常数据的发现与剔除 二 系统误差的检验与消除 三 统计分布形式的检验 第四节 经验公式的拟合 一 一元线性回归 1 散点图与回归线 2 一元线性方程的求法 3 回归方程的检验(相关系数检验法,F检验) 4 利用回归方程进行预报 二 一元非线性回归 1 指数回归 2 幂函数回归 3 对数曲线 4 双曲线 三 多元线性回归 四 多项式回归 五 试验数据的优化回归 第四节 经验公式的拟合 第五节 随机数据处理概述 一 动态信号数据的类型和描述 1、时间域手描述:均值、均方值、均方差值、概率密度、概 率分布、自相关函数、互相关函数 2、频域描述:自功率谱密度(自谱)、互功率谱密度函数( 互谱),谱相关函数、传递函数 二 随机信号的时域描述 (一) 幅值分析 1、统计值 2、幅值概率密度函数 (二) 相关函数分析 第五节 随机数据处理概述 三 频谱分析 四 随机数据的获得和预处理 n水位测量:测针读数,测压灌读数,压力传感器; n流速测量:率定,k,c值,测量次数,误差或错误; n波浪测量:最大和平均值,时间过程; n压力测量:最大和平均值,时间过程; n泡水,回流、船模航迹