一種電模擬滲流測試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水工水力學(xué)及電子測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電模擬滲流測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]滲流理論在水利、土建、給水排水、環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)、石油、化工等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在水利工程中，土壤及透水地基上水工建筑物的滲漏及穩(wěn)定，水井、集水廊道等集水建筑物的供水能力，水庫及河渠邊岸的側(cè)滲引起的滑坡等問題都與滲流有關(guān)。
[0003]目前用于測試滲流的儀器根據(jù)惠斯通電橋平衡原理制作，通過增大模型電壓或減小模型電阻和測量電路電阻，實現(xiàn)高靈敏度測量的目的，然而這類方法的主要問題是當(dāng)模型電壓過大的情況下，模型中溫度將顯著上升，從而引起對流干擾，嚴(yán)重影響測量結(jié)果，因此這類方法要求加在模型兩極板間的電壓小于30v( —般為1v)，二向模型的功率通常小于lw。相應(yīng)的為了提高靈敏度，儀器中必須設(shè)計一個運算放大和差分放大電路，二者通過電流互感器聯(lián)系，為給差分放大器供電必須設(shè)置變壓器，加上儀器信號發(fā)生裝置及其它元器件等。儀器元器件較多，不利于工作，更為重要的是橋路的一支起著電壓設(shè)定的作用，其精度直接影響到測試結(jié)果的準(zhǔn)確程度。該支路一般用在琴鍵開關(guān)上焊接10個等值電阻來測定模型電場中的各點電位，從而測出等勢線。焊接工藝造成的附加電阻一定程度上造成了等勢線的測量誤差，且隨著琴鍵開關(guān)觸頭不斷被氧化，容易出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象。
[0004]根據(jù)惠斯通電橋原理制作的儀器，在測量上最大缺陷是只能測量幾種固定百分比(如10 %、20 %……80 %、90 % )的等勢線，不能測任意百分比的等勢線，這樣儀器不能滿足滲流試驗研究時需要對模型特殊部位進(jìn)行加密測試的要求。
[0005]滲流量的測量是滲流試驗研究的內(nèi)容之一，通常是用測量模型電阻，再根據(jù)電壓表的讀數(shù)計算通過模型的電流，然后計算滲流量，而模型電阻需要用電橋平衡原理來測量，這樣模型中必須設(shè)計兩套電橋電路，一個用于測模型等勢線，一個測模型電阻，兩者測量需要用轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，電路設(shè)計相對比較復(fù)雜，儀器維護(hù)較麻煩。
[0006]如前所述，現(xiàn)有電模擬滲流測量儀器存在電路設(shè)計復(fù)雜、元器件較多、使用的琴鍵開關(guān)容易出現(xiàn)接觸不良、不能滿足滲流試驗研究時對特殊部位的等勢線進(jìn)行加密測量、儀器維護(hù)頻繁等問題，嚴(yán)重影響其在滲流試驗研究和教學(xué)中的推廣和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是針對目前電模擬滲流測試儀器存在的問題，提出一種全陣式電模擬滲流測試系統(tǒng)及方法，為滿足水工滲流試驗研究提供支持。
[0008]本發(fā)明所提供的技術(shù)方案如下:
[0009]一種電模擬滲流測試系統(tǒng)，包括信號發(fā)生單元1、滲流測試單元7和直流穩(wěn)壓電源15 ;直流穩(wěn)壓電源15分別與信號發(fā)生單元1、滲流測試單元7連接；
[0010]所述信號發(fā)生單元I包括依次連接的退耦電路2、自激多諧振蕩器3、耦合電路一4、信號放大器5、親合電路二 6 ；
[0011]所述滲流測試單元7包括分壓電路8、測量電路轉(zhuǎn)換裝置9、等勢線測量電路10、滲流量測量電路11、ICL7135轉(zhuǎn)換器12、AT89C51單片機13、顯示屏14，分壓電路8與測量電路轉(zhuǎn)換裝置9連接，測量電路轉(zhuǎn)換裝置9分別與等勢線測量電路10、滲流量測量電路11連接，等勢線測量電路10、滲流量測量電路11分別與ICL7135轉(zhuǎn)換器12連接，ICL7135轉(zhuǎn)換器12、AT89C51單片機13、顯示屏14依次連接；等勢線測量電路10或滲流量測量電路11只有一個處于工作狀態(tài)，通過測量電路轉(zhuǎn)換裝置9來控制；
[0012]信號發(fā)生單元I中的耦合電路二 6與滲流測試單元7中的分壓電路8連接。
[0013]一種電模擬滲流測試方法，包括以下步驟:
[0014]步驟1:采用阻容電路對電源進(jìn)行退耦處理，自激多諧振蕩器電路發(fā)生1500Hz的脈沖信號，經(jīng)過耦合，再將信號進(jìn)行放大和二次耦合，模擬電信號發(fā)生過程；
[0015]步驟2:采用分壓電路，將模擬電信號加在由待測模型和已知阻值的固定電阻組成的串聯(lián)電路中，通過分壓調(diào)節(jié)來控制待測模型的電勢差；
[0016]步驟3:分別采用等勢線測量電路和滲流量測量電路來測量待測模型中的等勢線和滲流量，二者之間通過一種自復(fù)位開關(guān)來實現(xiàn)電路切換；
[0017]步驟4:采用ICL7135和單片機將測量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，并在顯示屏中顯示，測試數(shù)值類型和單位通過顯示屏單位名稱來識別；
[0018]作為優(yōu)選步驟I中可選用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器發(fā)生脈沖電信號，但信號頻率必須達(dá)到步驟I中的要求；
[0019]作為優(yōu)選步驟3可以采用等勢線和滲流量同步測量的方法，兩個測量電路同時工作；
[0020]作為優(yōu)選步驟4中可采用等勢線和滲流量測量數(shù)據(jù)同時在一個顯示屏上顯示，但上述步驟4中的電路連接方式是使用元器件最少的。
[0021]為實現(xiàn)上述過程，本發(fā)明采用如下具體方法:
[0022]信號發(fā)生單元以NE555為基本單元組成自激多諧振蕩電路，進(jìn)行輸出信號頻率的調(diào)節(jié)和控制，經(jīng)過耦合去除雜質(zhì)信號和直流信號，信號經(jīng)過放大來實現(xiàn)對電路輸出信號的調(diào)整，然后再進(jìn)行二次耦合后得到滿足試驗要求的電信號，在電路中還設(shè)計了退耦電路以消除電路網(wǎng)絡(luò)之間的寄生耦合。
[0023]信號發(fā)生單元產(chǎn)生的電信號通過滲流測試單元來對待測模型進(jìn)行滲流要素的測試。
[0024]首先通過分壓電路，將信號單元產(chǎn)生的電信號加在待測模型上下游極板上，分壓電路主要電器元件為電位器，通過電位器的調(diào)節(jié)使待測模型達(dá)到試驗要求的數(shù)值。
[0025]滲流要素主要包括等勢線和滲流量，本發(fā)明設(shè)計了一個等勢線測量電路和一個滲流量測量電路，二者之間通過一種自復(fù)位開關(guān)來切換，該裝置保證電路中只有一種測量電路處于工作狀態(tài)，測試電路工作狀態(tài)信息通過單片機識別，可在顯示屏上顯示。
[0026]測量電路輸入的電信號通過ICL7135轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并對測量電路信號進(jìn)行識別，將結(jié)果和信息在顯示屏上顯示。
[0027]與現(xiàn)有電模擬滲流測試技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0028]1、用直接測量電場中的電勢方法測量模型等勢線，電路設(shè)計簡單，操作方便，性能可靠；
[0029]2、能測量任意百分比的等勢線，滿足滲流試驗研究對特殊部位的等勢線進(jìn)行加密測量要求；
[0030]3、拋棄了常規(guī)測試儀器兩套橋路的設(shè)計方法，避免了測試過程中因接觸不良而導(dǎo)致的誤差；
[0031]4、滲流量測量簡單。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明的測試原理圖。
[0033]1-信號發(fā)生單元、2-退耦電路、3-自激多諧振蕩器、4-耦合電路一、5-信號放大器、6-耦合電路二、7-滲流測試單元、8-分壓電路、9-測量電路轉(zhuǎn)換裝置、10-等勢線測量電路、11-滲流量測量電路、12-1CL7135轉(zhuǎn)換器、13-AT89C51、14-顯示屏、15-直流穩(wěn)壓電源。
【具體實施方式】
[0034]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明:
[0035]本發(fā)明提供的電模擬滲流測試系統(tǒng)，包括信號發(fā)生單元1、滲流測試單元7和直流穩(wěn)壓電源15，其中信號發(fā)生單元I由退耦電路2、自激多諧振蕩器3、耦合電路一 4、信號放大器5、耦合電路二 6組成。
[0036]退耦電路2采用一個大電容并一個小電容的方式，防止前后電路網(wǎng)絡(luò)電流大小變化時，在供電電路中所形成的電流沖動對網(wǎng)絡(luò)的正常工作產(chǎn)生影響，本發(fā)明采用10yF并聯(lián)0.01