港口及航道工程模型试验 第八章 量测技术

第一节 概述 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 第一节　概述 　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 二 量测系统特性 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 第一节　概述 二　量测系统特性 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

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 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4～10倍

第一节 概述 对量测系统传感器要求： 二 量测系统特性 （1）具有足够灵敏度和线形度 （2）较好的动态特性 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 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（1～2％），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、湿度等影响大。

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 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 二　应变片的选用与粘贴 1　应变片的选用 2　应变片的粘贴工艺

第二节　电阻应变测量 三　电阻应变仪 　　　分为静态、动态和超动态电阻应变仪。

第三节　压力测量 1　液柱平衡法（测压管） 2　重力平衡法 3　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 一 测 针 二 跟踪式自动水位仪 三 液阻式水位仪——两电极 四 钽丝电容浪高仪——一电极 第四节　水位和波面测量 一　测　针 二　跟踪式自动水位仪 三　液阻式水位仪——两电极 四　钽丝电容浪高仪——一电极 五　波周期和波长的测量——两台浪高仪 L=T×△L/△t

第五节 流速和流量测量 测速方法： 接触式－－毕托管、旋浆式、电磁式、热膜式、电阻片式和超声式 非接触式－－激光测速和流场显示测速 第五节　流速和流量测量 测速方法： 接触式－－毕托管、旋浆式、电磁式、热膜式、电阻片式和超声式 非接触式－－激光测速和流场显示测速 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： 计数法：v=kf+c 周期法：v=（t1+t2）k+c 第五节　流速和流量测量 二、旋浆流速仪 主要分： 计数法：v=kf+c 周期法：v=（t1+t2）k+c 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。

第五节　流速和流量测量 三、电磁流速仪（法拉第定律） 四、流向的测量 1、流动显示法； 2、量测分速度法； 3、用舵叶跟踪流向。

　第五节　流速和流量测量 五　流量测量 1　量水堰（三角、矩形） 2 文杜里管流量计 3　电磁式流量计 4　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 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 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 θ——回转角速度； t——时间； δ——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

第八节　流场显示技术 三　显示装置原理 四　示踪剂 五　流谱及图数处理

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——流场显示

第八节 流场显示技术 阀门后突扩体型——压力显示 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

第一节　概　述 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 相对误差： 系统误差——仪器精度和环境影响； 随机误差——偶然、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： 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。

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） 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） 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 三　间接测量误差的估计 误差传递公式 复合量的误差传递公式。

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） 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　

第四节　经验公式的拟合 三　多元线性回归 四　多项式回归 五　试验数据的优化回归

第五节 随机数据处理概述 一 动态信号数据的类型和描述 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 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 水位测量：测针读数，测压灌读数，压力传感器…； 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 水位测量：测针读数，测压灌读数，压力传感器…； 流速测量：率定，k,c值，测量次数，误差或错误； 波浪测量：最大和平均值，时间过程； 压力测量：最大和平均值，时间过程； 泡水，回流、船模航迹………