本發(fā)明涉及河口海岸水動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)等基礎(chǔ)理論的試驗(yàn)研究領(lǐng)域，特別涉及一種波浪作用下柔性網(wǎng)衣時(shí)空運(yùn)動(dòng)光學(xué)無(wú)接觸式試驗(yàn)量測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在當(dāng)前的海工結(jié)構(gòu)物的模型試驗(yàn)技術(shù)中，多數(shù)關(guān)注剛性結(jié)構(gòu)物的受力和局部流態(tài)問(wèn)題，然而，隨海洋養(yǎng)殖業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展，養(yǎng)殖箱體多采用浮式結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)的形式有網(wǎng)衣、網(wǎng)箱等。此外，對(duì)濱海電廠而言，為避免由于海水富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的大規(guī)模藻類爆發(fā)對(duì)取水安全的影響，常在取水明渠口門(mén)附近設(shè)置柔性攔污網(wǎng)，柔性網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)在海浪作用下將發(fā)生反復(fù)震蕩，形成慣性力，拉扯網(wǎng)衣內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使網(wǎng)衣存在被撕裂的風(fēng)險(xiǎn)。網(wǎng)衣繩索間的內(nèi)力與網(wǎng)衣的運(yùn)動(dòng)自由度和運(yùn)動(dòng)沖量直接相關(guān)。因此，欲準(zhǔn)確獲取網(wǎng)衣材料的內(nèi)力，選取合適的網(wǎng)衣材料，就必須首先了解網(wǎng)衣柔性結(jié)構(gòu)在波浪作用下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特征。對(duì)其準(zhǔn)確的測(cè)量是開(kāi)展研究的前提條件。

一般來(lái)說(shuō)，在對(duì)運(yùn)動(dòng)物體位移的測(cè)量方面，最為常用的測(cè)量方案為布置位移傳感器。然而，位移傳感器需安裝在測(cè)量對(duì)象之上，較適合于剛性物體。對(duì)于試驗(yàn)室內(nèi)模型柔性網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)而言，由于受限于自身的柔性和較輕的質(zhì)量，傳感器的自重便會(huì)給柔性網(wǎng)衣帶來(lái)很大變形，導(dǎo)致網(wǎng)衣的運(yùn)動(dòng)形態(tài)失真。因此，常規(guī)的接觸式測(cè)量難以滿足柔性網(wǎng)衣這一特殊對(duì)象的量測(cè)要求，而解決這一問(wèn)題的唯一途徑是無(wú)接觸式測(cè)量。目前，在水下無(wú)接觸測(cè)量領(lǐng)域，聲學(xué)式、熱力學(xué)式、光學(xué)式等三種測(cè)量手段比較常用，但聲學(xué)式測(cè)量?jī)x一般適用于流速測(cè)量，熱力學(xué)式測(cè)量由于測(cè)量對(duì)象不存在熱交換，從而不適用于對(duì)網(wǎng)衣的研究。對(duì)比而言，光學(xué)式測(cè)量，特別是攝像式測(cè)量具備“可見(jiàn)即所得”的優(yōu)勢(shì)，且測(cè)量面積較大，測(cè)量資料可存檔，更加適用于波浪作用下柔性網(wǎng)衣運(yùn)動(dòng)軌跡的測(cè)量。

攝像型光學(xué)式測(cè)量的原理在于通過(guò)固定幀速的高速攝像獲取一系列高分辨率照片，并通過(guò)配準(zhǔn)照片的坐標(biāo)來(lái)實(shí)時(shí)捕捉拍攝對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡，并通過(guò)對(duì)所拍攝照片中的物體位置坐標(biāo)和像素網(wǎng)格坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系精確獲取拍攝對(duì)象的時(shí)空運(yùn)動(dòng)過(guò)程，但常規(guī)攝像式測(cè)量的主要缺陷在于易受試驗(yàn)室光線和水體渾濁度的影響，當(dāng)環(huán)境光線和水色變化時(shí)，常將導(dǎo)致背景色與拍攝對(duì)象的“像素重疊”，進(jìn)而引起像素?cái)?shù)據(jù)提取的誤差。經(jīng)大量查閱現(xiàn)有公開(kāi)發(fā)表的資料得知，當(dāng)前還沒(méi)有采用光學(xué)無(wú)接觸式量測(cè)系統(tǒng)對(duì)波浪作用下柔性網(wǎng)衣時(shí)空運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種波浪作用下柔性網(wǎng)衣時(shí)空運(yùn)動(dòng)光學(xué)無(wú)接觸式試驗(yàn)量測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高度的自動(dòng)化特征，測(cè)量精度高。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種波浪作用下柔性網(wǎng)衣時(shí)空運(yùn)動(dòng)光學(xué)無(wú)接觸式試驗(yàn)量測(cè)系統(tǒng)，包括波浪試驗(yàn)水槽、柔性網(wǎng)衣、定位刻度板和攝像機(jī)；所述波浪試驗(yàn)水槽的側(cè)壁是采用透明有機(jī)玻璃制成的；所述柔性網(wǎng)衣沿所述波浪試驗(yàn)水槽的寬度方向設(shè)置，并采用兩個(gè)座底支架支撐固定在所述波浪試驗(yàn)水槽中央，在所述柔性網(wǎng)衣的節(jié)點(diǎn)上分布有多個(gè)有色輕質(zhì)浮子，所述攝像機(jī)設(shè)置在所述波浪試驗(yàn)水槽的外側(cè)，正對(duì)所述柔性網(wǎng)衣的一側(cè)中部，所述定位刻度板設(shè)置在所述柔性網(wǎng)衣的另一側(cè)并固定在所述波浪試驗(yàn)水槽的側(cè)壁內(nèi)側(cè)，所述定位刻度板包括由可變色發(fā)光板制成的刻度板面板，在所述刻度板面板上設(shè)有網(wǎng)格型等間距的刻度線，所述刻度線是采用遙控式可變色發(fā)光電線制成的，所述攝像機(jī)采用所述定位刻度板作為坐標(biāo)系追蹤所述有色輕質(zhì)浮子的位置隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)軌跡。

在所述刻度板面板上設(shè)有光線感應(yīng)器。

在所述刻度板面板的頂部安裝有水準(zhǔn)氣泡。

所述攝像機(jī)正對(duì)所述刻度板面板的中央。

兩個(gè)所述座底支架分別設(shè)置在所述柔性網(wǎng)衣的兩側(cè)，所述柔性網(wǎng)衣與所述座底支架采用捆綁繩連接。

在所述波浪試驗(yàn)水槽的一端設(shè)有推板式造波機(jī)，另一端設(shè)有消波箱。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：用有色輕質(zhì)浮子將柔性網(wǎng)衣的各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)直接在物理結(jié)構(gòu)上“像素化”，并通過(guò)后方的定位刻度板精確配準(zhǔn)網(wǎng)衣節(jié)點(diǎn)處浮子在運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)位置。定位刻度板采用光感型，即面板顏色可隨試驗(yàn)室光線變化，加強(qiáng)了刻度板和試驗(yàn)室背景色彩的對(duì)比度，同時(shí)刻度線采用遙控式可變色光纜，可手動(dòng)實(shí)時(shí)改變刻度線色彩，從而保障了網(wǎng)衣節(jié)點(diǎn)上有色輕質(zhì)浮子與刻度板面板、刻度線均有對(duì)比度強(qiáng)烈的色差，避免了試驗(yàn)室光線、背景雜色等對(duì)照片像素對(duì)比度的干擾，使得對(duì)攝像照片的像素信息提取、配準(zhǔn)和分析有很高的精度。

綜上所述，本發(fā)明填補(bǔ)當(dāng)前水工力學(xué)物理模型中難以精確實(shí)時(shí)測(cè)量柔性網(wǎng)衣運(yùn)動(dòng)軌跡的測(cè)量實(shí)踐空白，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量波浪作用下柔性網(wǎng)衣的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，避免了接觸式測(cè)量引起的附加質(zhì)量誤差，同時(shí)避免了普通光學(xué)量測(cè)系統(tǒng)中試驗(yàn)室光線對(duì)拍攝照片像素的干擾，該系統(tǒng)自動(dòng)化、智能性強(qiáng)、實(shí)施方便，精度高，可為提升柔性體運(yùn)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)試驗(yàn)研究提供支撐，促進(jìn)海岸動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的縱向立面示意圖；

圖2是本發(fā)明的橫向立面示意圖；

圖3是本發(fā)明的俯視圖；

圖4是本發(fā)明的定位刻度板示意圖。

圖中：1、波浪試驗(yàn)水槽；2、推板式造波機(jī)；3、消波箱；4、水準(zhǔn)氣泡；5、座底支架；6、柔性網(wǎng)衣；7、有色輕質(zhì)浮子；8、捆綁繩；9、攝像機(jī)；10、刻度線；11、定位刻度板；12、光線感應(yīng)器。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：

請(qǐng)參見(jiàn)圖1～圖4，一種波浪作用下柔性網(wǎng)衣時(shí)空運(yùn)動(dòng)光學(xué)無(wú)接觸式試驗(yàn)量測(cè)系統(tǒng)，包括波浪試驗(yàn)水槽1、柔性網(wǎng)衣6、定位刻度板11和攝像機(jī)9。

所述波浪試驗(yàn)水槽1的側(cè)壁是采用透明有機(jī)玻璃制成的。

所述柔性網(wǎng)衣6沿所述波浪試驗(yàn)水槽1的寬度方向設(shè)置，并采用兩個(gè)座底支架5支撐固定在所述波浪試驗(yàn)水槽1的中央，在所述柔性網(wǎng)衣6的節(jié)點(diǎn)上分布有多個(gè)有色輕質(zhì)浮子7，所述攝像機(jī)9設(shè)置在所述波浪試驗(yàn)水槽1的外側(cè)，正對(duì)所述柔性網(wǎng)衣6的一側(cè)中部，所述定位刻度板11設(shè)置在所述柔性網(wǎng)衣6的另一側(cè)并固定在所述波浪試驗(yàn)水槽1的側(cè)壁內(nèi)側(cè)，所述定位刻度板11包括由可變色發(fā)光板制成的刻度板面板，在所述刻度板面板上設(shè)有網(wǎng)格型等間距的刻度線10，所述刻度線10是采用遙控式可變色發(fā)光電線制成的，所述攝像機(jī)9采用所述定位刻度板11作為坐標(biāo)系追蹤所述有色輕質(zhì)浮子7的位置隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)軌跡。

在本實(shí)施例中，在所述刻度板面板上設(shè)有光線感應(yīng)器12。

在所述刻度板面板的頂部安裝有水準(zhǔn)氣泡4，可通過(guò)觀察水準(zhǔn)氣泡4，使所述定位刻度板11保持鉛直狀態(tài)。

所述攝像機(jī)9正對(duì)所述定位刻度板11的中央，

兩個(gè)所述座底支架5分別設(shè)置在所述柔性網(wǎng)衣6的兩側(cè)，所述柔性網(wǎng)衣6與所述座底支架5采用捆綁繩8連接。

在所述波浪試驗(yàn)水槽1的一端設(shè)有推板式造波機(jī)2，另一端設(shè)有消波箱3。

本發(fā)明的工作原理：

開(kāi)啟推板式造波機(jī)2構(gòu)造試驗(yàn)環(huán)境。

開(kāi)啟定位刻度板11，根據(jù)試驗(yàn)室內(nèi)光線情況，調(diào)節(jié)刻度線10的顏色，使之與柔性網(wǎng)衣6上的有色輕質(zhì)浮子7以及定位刻度板11刻度板面板的顏色具備較大色差。

當(dāng)多個(gè)顏色不同的有色輕質(zhì)浮子7與定位刻度板11的刻度板面板和刻度線10的色差對(duì)比明顯后，開(kāi)啟攝像機(jī)9，并以50Hz的幀速拍照，追蹤柔性網(wǎng)衣6不同位置的有色輕質(zhì)浮子7隨時(shí)間的變化過(guò)程，進(jìn)而通過(guò)定位刻度板11上的坐標(biāo)監(jiān)控有色輕質(zhì)浮子7的位置，最終分析得到柔性網(wǎng)衣6的運(yùn)動(dòng)軌跡。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。