بخشی از مقاله
چکیده
اندازهگیری مشخصات موجهای ساحلی - ازجمله شکل، ارتفاع، سرعت و پریود موج - اهمیت زیادی در بدست آوردن کنش و اندرکنش موج و ساحل بخصوص از نظر تخریب ، فرسایش و رسوبگذاری در سواحل دارد. برای تعیین مشخصات موج در حین حرکت به طرف ساحل معمولاً جریان یک بعدی در نظر گرفتهشده از حل معادلات اندازه حرکت و پیوستگی - معادلات سنت ونان - استفاده میشود. جهت کالیبراسیون این معادلات نیاز به اندازهگیری مشخصات موج در آزمایشگاه میباشد.
همچنین در بررسی پدیده موج و شکست موج در آزمایشگاه ثبت لحظهای مشخصههای موج بسیار حائز اهمیت میباشد. از این رو ساخت وسیلههایی که بتوانند دادههای دقیق و به هنگام را از رفتار امواج در اختیار قرار دهند، همواره مورد توجه محققان بوده است. دستگاه ساختهشده علاوه بر محاسبه ارتفاع سطح آب در فلومهای آزمایشگاهی قادر به اندازهگیری مشخصههای موج در فلوم میباشد. استفاده از این دستگاه ساده است و همچنین سبک و کم حجم بوده و با هزینه بسیار پایینی ساخته شده است.
-1 مقدمه
ایجاد موج ناشی ازمدلسازی سازهها و حرکت آن در فلومهای آزمایشگاهی ، از پدیدههای بسیار متداول درسازههای آبی است. شکل و ارتفاع موج با حرکت آن در طول کانال تغییر میکند. برای تعیین مشخصات موج در حین حرکت در مدلسازی آزمایشگاهی معمولاً جریان یک بعدی در نظر گرفته میشود و از حل معادلات اندازه حرکت و پیوستگی - معادلات سنت ونان - استفاده میشود. جهت کالیبراسیون این معادلات نیاز به اندازهگیری مشخصات موج در آزمایشگاه میباشد.
از این رو ساخت وسیلههایی که بتوانند دادههای دقیق و به هنگام را از رفتار امواج در اختیار قرار دهند، همواره مورد توجه محققان بوده است.در طول دهههای گذشته روشهای مختلفی برای اندازهگیری مشخصههای امواج در آزمایشگاه هیدرولیک بهکاررفته است. این روشها با پیشرفت علم و بهرهبرداری از پیشرفتهای ریاضی شکل گرفته است. ازجمله این روشها میتوان به اندازهگیری با استفاده از دستگاه فشارسنج - ترانسدیوسر - و یا با استفاده از دوربین فیلمبرداری سرعت بالا اشاره کرد که در تمام این روشها خروجی اطلاعات به صورت دستی مورد بررسی قرار میگیرند علاوه بر اینکه امکان وجود خطا در این روشها بسیار بالا میباشد این فرایند بسیار زمانبر نیز است . سیستمی ک در ادامه به شرح آن میپردازیم ، سیستم اندازه گیری مشخصه های موجهای سطحی در کانال های روباز در قالب اختراع با شماره 92727 و در تاریخ 1396/4/19، در دفتر ثبت اختراعات اداره مالکیت صنعتی ایران به ثبت قانونی رسیده است.
-2 مواد و روشها
1؛-2 تجهیزات و شرح انجام آزمایش
آزمایشات این تحقیق در آزمایشگاه مدلهای هیدرولیکی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز صورت پذیرفت. کانال آزمایشگاهی فلزی با دیوارههایی از جنس شیشه به طول 15 متر، عرض 30 سانتیمتر و عمق معادل با 45 سانتیمتر میباشد. این فلوم که دارای قابلیت تغییر شیب کف و همچنین دارای قابلیت تولید امواج سطحی میباشد توسط شرکت آرمفیلد انگلستان ساخته شده است[1] در این تحقیق از ابزارهای دقیق سنسور التراسونیک، دیتالاگر و یک رایانه جهت اجرای نرمافزار استفاده گردید. این دستگاه پس از نصب در محل مورد نظر به صورت کاملاً هوشمند ارتفاع آب را اندازهگیری میکندو پس از انجام محاسبات نتایج را به صورت گرافیکی و عددی در نرمافزار طراحیشده نمایش میدهد.روند آزمایش بدین صورت میباشد که :
سنسور دما، دمای محیط را اندازه گیری کرده و سپس با توجه به دما، سرعت صوت در محیط با استفاده از رابطه - - 1 محاسبه می شود ودر نتیجه سنسور التراسونیک کالیبره شده و پس از آن فاصله سنسور التراسونیک تا کف فلوم آزمایشگاهی اندازه گیری می شود سپس اب در فلوم جاری شده و به اهستگی عمق آب را افزایش میدهیم که نرم افزار مطابق با داده های سنسور التراسونیک - که حال کالیبره شده است - ، دادههای سنسورهای فشار را کالیبره نماید.
سنسور التراسونیک: امواج التراسونیک دارای این خاصیت هستند که پس از تماس با جسمی که از هوا چگال تر است به طرف منبعی که از آن منتشرشدهاند بازتاب میشوند .[2] سنسور التراسونیک یا ماوراء صوت یکی دیگر از سنسورهای غیر تماسی و مجاورتی یا پراگسیمیتی میباشد در کاربردهای گوناگون آشکار سازی اجسام تا اندازهگیری فاصله یا سطح سنجی به کار میرود. به طور معمول سنسورهای التراسونیک با ارسال یک پالس صوتی کوتاه در فرکانس فراصوت به سمت هدفی که این پالس را منعکس میکند و دریافت و شناسایی این امواج به شکل یک ترانسیور عمل کرده و در مدلهائی که فاصله را محاسبه میکنند با اندازهگیری اختلاف زمانی ارسال و دریافت پالس میتوانند به فاصلهیاب تبدیل شوند.
مزایای سنسور التراسونیک نسبت به دیگر سنسورها:
1: دقت و سرعت بسیار بالا وضوح یک میلیمتری
2: کاربری آسان، اشغال فضای کم، نصب کم هزینه، قیمت تمامشده کم
3: خواندن سطح به صورت پیوسته
4: به دلیل عدم تماس با جسم و نبود فرسایش و یا خورندگی دارای طول عمر بالا و کاهش هزینه تعمیر و نگهداری میباشد
5: عدم نیاز به کالیبراسیون مجدد [3]
سامانه طراحیشده بدون نیاز به سوراخ کردن یا برش فلوم آزمایشگاهی امکان اندازهگیری مشخصههای موج را فراهم میکند، مانعی در مقابل جریان ایجاد نمیکند و لذا اتلاف فشاری در اثر اندازهگیری پدید نمیاید به دلیل اندازهگیری غیر تماسی و عدم وجود قطعات متحرک نیازمند تعمیر و نگهداری نیست. وسیکوزیته مایع تاثیری بر اندازهگیری ندارد، نیازی به رسانایی مایع وجود ندارد و از آنجا که عملکرد اغلب سیستمهای مزبور مستقل از سرعت صوت در مایع است میتوانند در دامنه وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار گیرند.
دستگاه دارای سنسور التراسونیک است که در بالای فلوم آزمایشگاهی نصب میشود با فرستادن پالسی از امواج التراسونیک و دریافت بازتاب و محاسبه میزان زمان رفت و برگشت عمق آب در زمانهای مختلف اندازهگیری میشود این اندازهگیریها در مقاطع مختلف با استفاده از چندین سنسور صورت میگیرد سپس در نرمافزار طراحیشده پس از فیلتر کردن اطلاعات و حذف نویز از آنها مشخصههای موج تعیین میشوند.
