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《华中农业大学》 2007年
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基于相关法的径流流速虚拟仪器测量系统

刘鹏  
【摘要】: 坡面土壤侵蚀发生发展过程包括细沟间侵蚀过程、细沟侵蚀过程和浅沟侵蚀过程,在此三个过程中坡面径流流速是一项重要的参数,它决定了土壤侵蚀的强度,也是坡面侵蚀预报模型所考虑的关键问题。目前对径流流速的研究多采用染料示踪法,染料示踪法操作时需多人同时配合且存在溶液扩散作用。因此实现径流流速实时、在线、动态测量具有重要的科学意义和实用价值。 以坡面径流流速的测量为研究内容,分析了目前各种径流流速测量方法中存在的问题。由于对坡面径流流速测量的研究中常采用室内模拟坡面径流的方法,所以研制了用于室内模拟坡面径流流速测量的光电传感器示踪法径流流速测量系统,同时重点研究了基于相关法的虚拟仪器径流流速测量系统,并对两个测量系统进行了试验研究。主要结论有: 1)利用示踪法测量原理开发了光电传感器示踪法径流流速测量系统,以聚苯乙烯泡沫粒子为示踪粒子,克服了常用染色剂在流体中的扩散效应和目视误差,采用光电传感器和虚拟仪器技术提高了计时精度。用该系统所进行的试验结果表明,用光电传感器示踪法测量室内模拟坡面径流流速是可行的。设计的试验台能实现水沙循环使用,流速变化范围可满足工程应用要求。通过试验得到了归一化的经验系数K,在一定泥沙含量和坡度下该经验系数可以认为是一个恒定值,与泥沙含量无关。 2)光电传感器示踪法适用的泥沙含量范围为0~400 kg/m~3、坡度为0~25°,测量系统最大相对误差为2.29%。该测量系统为室内模拟坡面径流流速的快速、准确测量提供了一种新的和有效的方法。 3)以相关测速理论建立了基于虚拟仪器测量技术的坡面径流流速的测量系统。测量系统包括光电传感器、数据采集系统、测量系统软件部分。 4)自制了适用于采集坡面径流随机噪声信号的光电传感器。选择了传感器发光和光接收器件,设计了调理电路和传感器。研制的传感器与液面距离为6~13mm范围内均能有效检测到径流流动随机噪声信号。 5)采用FFT快速相关算法,将N个点作相关运算总的运算次数从(N~2+N(N-1))降为(N+1.5log_2N)次,有效的提高了运算速度。 6)相关法径流流速测量系统适用的泥沙含量范围为0~400 kg/m~3,坡度范围为0~25°,最大误差为4.8%,以流量法标定系统后的最大相对误差为3.61%,测量精度较高。测量系统准确性不受泥沙含量和坡度影响,系统有良好的适应性。 7)坡面径流试验结果表明,相关法径流流速测量系统能够快速、实时、在线地测量坡面径流流速。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S237;S157

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【参考文献】
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