一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀及其分析方法，土體縮限測試儀包括防護(hù)箱，防護(hù)箱內(nèi)設(shè)有電子天平，電子天平上放置有收縮皿，收縮皿中設(shè)置土樣，土樣上方設(shè)有相機(jī)，相機(jī)通過設(shè)置在防護(hù)箱底部的能夠轉(zhuǎn)動和伸縮的相機(jī)固定支架固定，防護(hù)箱內(nèi)還設(shè)有溫濕度控制器，電子天平、相機(jī)和溫濕度控制器的數(shù)據(jù)線均與設(shè)置在防護(hù)箱外的電腦相連。防護(hù)箱及溫濕度計控制器的作用是避免空氣流動引起設(shè)備微動及控制和維持蒸發(fā)環(huán)境的溫濕度。本發(fā)明利用相機(jī)進(jìn)行間隔拍攝，采用圖像分析法分析土體的干縮變形，并結(jié)合電子天平的數(shù)據(jù)得到變形(像素位移)含水率曲線，可直觀且準(zhǔn)確地判斷出土的縮限含水率，且操作簡便、直觀，測量結(jié)果精確。
【專利說明】—種基于圖像分析法的土體縮限測試儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種土的縮限含水率測試儀，尤其涉及一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀。

【背景技術(shù)】
[0002]土的縮限含水率是指土從半固態(tài)進(jìn)入固態(tài)的分界含水率。當(dāng)含水率低于縮限含水率，含水率變化的過程中土體體積將不再發(fā)生變化，縮限含水率是土的三大稠度界限之一?？s限含水率是反映土的物理性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，研究土的縮限含水率具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程實(shí)用價值。土體縮限測試的關(guān)鍵在于精確測量干縮后土體的體積，目前縮限測試國內(nèi)主要采用蠟封法，國外則主要采用水銀法和蠟封法，這些試驗(yàn)方法在試驗(yàn)過程中可能以下不足:
[0003]1.試驗(yàn)成功率低。土體干縮過程中，土樣容易開裂。無論采用蠟封法或水銀法，裂縫的存在會影響體積的測量，需要重新制樣進(jìn)行試驗(yàn)。
[0004]2.體積測量精度受限。蠟封法將蠟封后的土樣懸掛于水中測定體積。當(dāng)蠟封的土樣進(jìn)入水中時，土樣表面會存在大量氣泡，且蠟封過程中，土樣表面也會存在氣泡，氣泡會影響體積測量結(jié)果。因此，蠟封法試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度仰賴于操作人員的專業(yè)水平。
[0005]3.采用水銀法進(jìn)行試驗(yàn)具有一定的危害性。雖然采用水銀法量測土樣體積的精度較蠟封法高，但試驗(yàn)過程中必須非常謹(jǐn)慎，避免水銀過量蒸發(fā)對人體造成危害。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀，本發(fā)明利用相機(jī)進(jìn)行間隔拍攝，通過相機(jī)和電子天平的數(shù)據(jù)可得變形(像素位移)含水率曲線，如此可直觀且準(zhǔn)確地判斷出土的縮限含水率，且操作簡便，方法直觀，測量結(jié)果精確。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀，包括防護(hù)箱，防護(hù)箱內(nèi)設(shè)有電子天平，電子天平上放置有收縮皿，收縮皿中設(shè)置土樣，土樣上方設(shè)有相機(jī)，相機(jī)通過設(shè)置在防護(hù)箱底部的能夠轉(zhuǎn)動和伸縮的相機(jī)固定支架固定，電子天平的周圍還設(shè)有照明燈，照明燈通過設(shè)置在防護(hù)箱底部的能夠轉(zhuǎn)動和伸縮的燈架固定，防護(hù)箱內(nèi)還設(shè)有溫濕度控制器，電子天平、相機(jī)和溫濕度控制器的數(shù)據(jù)線均穿過防護(hù)箱的側(cè)壁與設(shè)置在防護(hù)箱外的電腦相連。
[0009]進(jìn)一步地，收縮皿包括玻璃板和設(shè)置在玻璃板上的環(huán)刀，環(huán)刀和玻璃板通過硅膠粘結(jié)。
[0010]進(jìn)一步地，相機(jī)為I?3臺，每臺相機(jī)對應(yīng)一個相機(jī)固定支架。
[0011]進(jìn)一步地，相機(jī)的中軸線與收縮皿的中軸線有一定夾角，且此夾角滿足同時拍攝到土樣和收縮皿側(cè)壁的條件。
[0012]進(jìn)一步地，照明燈為2盞，每盞照明燈對應(yīng)一個燈架。
[0013]進(jìn)一步地，照明燈的中軸線與收縮皿的中軸線有一定夾角，且此夾角滿足土樣干縮過程中不會產(chǎn)生陰影區(qū)的條件。
[0014]進(jìn)一步地，所述的照明燈為白光燈。
[0015]進(jìn)一步地，所述的白光燈為高色溫白光燈，其色溫范圍為6500K?8000K。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0017]本發(fā)明操作簡便，方法直觀，試驗(yàn)過程中只需將土樣置于收縮皿中，然后把收縮皿靜置于電子天平上，利用相機(jī)進(jìn)行間隔拍攝，通過相機(jī)和電子天平的數(shù)據(jù)可得變形含水率曲線，如此可直觀且準(zhǔn)確地判斷出土的縮限含水率。采用防護(hù)箱將其中的組件與外部空氣隔絕，避免空氣流動對整個測試儀測試精度的影響，在防護(hù)箱內(nèi)設(shè)置溫濕度控制器可控制土體干縮環(huán)境的溫濕度，通過對蒸發(fā)環(huán)境溫濕度的控制，可加速土樣干縮過程。采用電腦自動控制并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，相機(jī)、電子天平和溫濕度控制器均由電腦控制，簡單方便。
[0018]進(jìn)一步地，使用多臺相機(jī)拍攝，可以在圖樣變形不均勻時獲取不同的局部干縮變形圖像，以利于限縮的分析工作，照明燈選擇高色溫的白光燈，可使相機(jī)的白平衡達(dá)到最佳效果，并減少環(huán)境照度對圖像的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明中收縮皿的剖片示意圖。
[0021]其中，1、防護(hù)箱；2、相機(jī)；3、相機(jī)固定支架；4、照明燈；5、燈架；6、收縮皿；7、電子天平；8、溫濕度控制器；9、數(shù)據(jù)線；10、電腦；11、土樣；12、環(huán)刀；13、硅膠；14、玻璃板。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0023]參見圖1和圖2，一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀，包括防護(hù)箱1，防護(hù)箱I內(nèi)設(shè)有電子天平7，電子天平7上放置有收縮皿6，收縮皿6中設(shè)置土樣11，收縮皿6包括玻璃板14和設(shè)置在玻璃板14上的環(huán)刀12，環(huán)刀12和玻璃板14通過硅膠13粘結(jié)，土樣11上方設(shè)有I?3臺相機(jī)2，每臺相機(jī)2通過與其對應(yīng)的設(shè)置在防護(hù)箱I底部的能夠轉(zhuǎn)動和伸縮的相機(jī)固定支架3固定，相機(jī)固定支架3用于調(diào)節(jié)相機(jī)2的高度和角度，通過轉(zhuǎn)動相機(jī)固定支架3和調(diào)節(jié)相機(jī)固定支架3的高度，電子天平7的周圍還設(shè)有2盞照明燈4，采用色溫范圍為6500K?8000K的高色溫的白光燈作為照明燈4，可使相機(jī)2的白平衡達(dá)到最佳效果，并減少環(huán)境照度對圖像的影響，每盞照明燈4通過與其對應(yīng)的設(shè)置在防護(hù)箱I底部的能夠轉(zhuǎn)動和伸縮的燈架5固定，防護(hù)箱I內(nèi)還設(shè)有溫濕度控制器8，電子天平7、相機(jī)2和溫濕度控制器8的數(shù)據(jù)線9均穿過防護(hù)箱I的側(cè)壁與設(shè)置在防護(hù)箱I外的電腦10相連。
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和使用步驟作進(jìn)一步說明:
[0025]I)調(diào)節(jié)防護(hù)箱I溫濕度:根據(jù)試驗(yàn)溫濕度要求設(shè)置溫濕度控制器8的軟件參數(shù)，由電腦10自動監(jiān)測并控制防護(hù)箱I內(nèi)溫濕度，維持溫濕度不變。
[0026]2)制備土樣11:預(yù)配液限含水率左右的土樣11。在收縮皿6內(nèi)均勻涂抹一薄層凡士林，將已知含水率的土樣11分層填入收縮皿6中，每次填土后用擊實(shí)器拍打土樣11表面，直至驅(qū)盡氣泡為止。填滿土樣11后，用直尺刮去收縮皿6上多余土樣并整平土樣11表面。將收縮皿6擦凈后，立即放置于電子天平7上。
[0027]3)調(diào)節(jié)光源:調(diào)節(jié)燈架5改變照明燈4的高度和角度，采用高色溫的白光燈作為照明燈4，可使相機(jī)2的白平衡達(dá)到最佳效果，以確保土樣11干縮過程中不會產(chǎn)生較多的陰影區(qū)，以利于分析土樣11的干縮變形。
[0028]4)安裝相機(jī)2:通過調(diào)節(jié)相機(jī)2的高度和傾斜角度，使相機(jī)2以一定傾斜角度對準(zhǔn)局部土樣11和收縮皿6側(cè)壁，設(shè)置相機(jī)2參數(shù)，以收縮皿6側(cè)壁為基準(zhǔn)點(diǎn)，方便校正因電子天平7或者相機(jī)2的微動而造成的偏差，以達(dá)到最佳拍照效果。當(dāng)土樣11變形不均勻時，建議使用多臺相機(jī)2拍攝，如使用兩臺相機(jī)2對拍，獲取不同的局部干縮變形圖像，以利于縮限的分析工作。
[0029]5)進(jìn)行試驗(yàn):設(shè)定電腦10自動采集電子天平7數(shù)據(jù)和相機(jī)2間隔拍攝照片，保持電子天平7的數(shù)據(jù)采集時間間隔和相機(jī)2拍攝的時間間隔一致，使二者同步進(jìn)行采集，當(dāng)土樣質(zhì)量不再變化時結(jié)束試驗(yàn)。
[0030]6)變形計算:利用圖像處理軟件或影像位移分析軟件分析土樣11干縮過程中的變形。
[0031]7)誤差修正:若試驗(yàn)過程中，相機(jī)2發(fā)生微動，則需根據(jù)收縮皿6側(cè)壁位移分析結(jié)果進(jìn)行微振動修正。
[0032]8)結(jié)果分析:將土樣11變形結(jié)果與含水率對應(yīng)，得到變形含水率曲線。當(dāng)土樣11沒有收縮或變形很小的時候，對應(yīng)的含水率即為縮限含水率。
[0033]試驗(yàn)過程中只需將土樣11置于收縮皿6中，然后把收縮皿6靜置于電子天平7上，利用相機(jī)2進(jìn)行間隔拍攝，通過相機(jī)2和電子天平7的數(shù)據(jù)可得變形含水率曲線，如此可直觀且準(zhǔn)確地判斷出土的縮限含水率。采用防護(hù)箱I將其中的組件與外部空氣隔絕，避免空氣流動對整個測試儀測試精度的影響，在防護(hù)箱I內(nèi)設(shè)置溫濕度控制器8可控制土體干縮環(huán)境的溫濕度，通過對蒸發(fā)環(huán)境溫濕度的控制，可加速土樣11干縮過程。采用電腦10自動控制并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，相機(jī)2、電子天平7和溫濕度控制器8均由電腦10控制，簡單方便。使用多臺相機(jī)2拍攝，可以在圖樣變形不均勻時獲取不同的局部干縮變形圖像，以利于限縮的分析工作，照明燈4選擇高色溫的白光燈，可使相機(jī)2的白平衡達(dá)到最佳效果，并減少環(huán)境照度對圖像的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀，其特征在于，包括防護(hù)箱(1)，防護(hù)箱(I)內(nèi)設(shè)有電子天平(7)，電子天平(7)上放置有收縮皿￠)，收縮皿￠)中設(shè)置土樣(11)，土樣(11)上方設(shè)有相機(jī)(2)，相機(jī)(2)通過設(shè)置在防護(hù)箱(I)底部的能夠轉(zhuǎn)動和伸縮的相機(jī)固定支架⑶固定，電子天平⑵的周圍還設(shè)有照明燈(4)，照明燈(4)通過設(shè)置在防護(hù)箱(1)底部的能夠轉(zhuǎn)動和伸縮的燈架(5)固定，防護(hù)箱(I)內(nèi)還設(shè)有溫濕度控制器(8)，電子天平(7)、相機(jī)(2)和溫濕度控制器(8)的數(shù)據(jù)線(9)均穿過防護(hù)箱(I)的側(cè)壁與設(shè)置在防護(hù)箱⑴外的電腦(10)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀，其特征在于，收縮皿(6)包括玻璃板(14)和設(shè)置在玻璃板(14)上的環(huán)刀(12)，環(huán)刀(12)和玻璃板(14)通過硅膠(13)粘結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀，其特征在于，相機(jī)(2)為I?3臺，每臺相機(jī)⑵對應(yīng)一個相機(jī)固定支架(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀，其特征在于，相機(jī)(2)的中軸線與收縮皿(6)的中軸線有一定夾角，且此夾角滿足同時拍攝到土樣(11)和收縮皿(6)側(cè)壁的條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀，其特征在于，照明燈⑷為2盞，每盞照明燈⑷對應(yīng)一個燈架(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀，其特征在于，照明燈(4)的中軸線與收縮皿(6)的中軸線有一定夾角，且此夾角滿足土樣(11)干縮過程中不會產(chǎn)生陰影區(qū)的條件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀，其特征在于，所述的照明燈(4)為白光燈。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于圖像分析法的土體縮限測試儀，其特征在于，所述的白光燈為高色溫白光燈，其色溫范圍為6500K?8000K。
【文檔編號】G01N5/04GK104359789SQ201410715499
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】林鴻州, 楊華, 彭建兵 申請人:長安大學(xué)