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径流流速虚拟仪器测试系统的研究

刘泉  
【摘要】:在水土流失研究中,坡面径流流速是研究坡面土壤侵蚀规律的重要参数,也是水土流失动态监测网络的基础数据。目前,无论是在野外试验观测径流小区,还是室内人工模拟降雨试验中,坡面径流流速的测量一直是采用人工或半人工的测量方法,无法实现动态、连续、实时地测量。因此研究一种测量径流流速的实时、动态测量系统,具有重要的科学意义和实用价值。 本研究利用自制的电导式传感器作为信号采集的传感器,建立了基于虚拟仪器技术的径流流速测量系统。其研究的主要内容和结果如下: 1.对相关流速测量原理进行了理论分析,建立了基于虚拟仪器技术的径流流速实时测量系统的理论模型; 2.对采集水流泥沙流动噪声信号的电导式传感器进行了设计,主要包括传感器材质、形状、尺寸,调理电路等; 3.相关流速测量系统采用了差动放大电路,其具有以下突出的特点:首先,保留了相关法测速原理的优点,降低了相关法对硬件电路、数据采集电路对称性要求高的缺点,使噪声提取电路的复杂性减小,提高了系统的可靠性、抗干扰能力。其次,运用对称的检测电路,抵消了两传感器受外界干扰的影响,一定程度上消除了电导式传感器的初始误差。由于只提取与两相流流体有关的流动噪声,调理电路有较大增益,从而可以提高系统的灵敏度; 4.采用相关算法,用图形化编程语言Lab VIEW编写出了径流流速测试系统的测量程序,并建立了基于虚拟仪器技术的径流流速测量系统。 通过试验得到以下结论: 1.通过标定试验,该测试系统用相关法测量径流流速是可行的; 2.自制的电导式传感器在测量范围内能准确采集径流的流动噪声信号; 3.径流流速测试仪器测量范围为0~250kg/m~3,流速的测量误差小于5%; 4.该虚拟仪器可以实时、在线测量径流流速。


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