本實用新型屬于地質(zhì)災害模擬實驗領域，尤其涉及一種追蹤波浪表面形態(tài)的模型試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

中國是個沿海大國，擁有18000多千米的大陸岸線，并且經(jīng)濟發(fā)達城市皆位于東部沿海地區(qū)。填海造陸、油氣開發(fā)、島嶼保護等成為了國家重大發(fā)展戰(zhàn)略。然而由于海床地質(zhì)條件和海況的復雜性，以及目前對海底邊坡不穩(wěn)定性研究的不完備，海洋工程設施安全性經(jīng)常受到嚴重威脅。

海浪對海底邊坡的沖刷作用是引起海底邊坡不穩(wěn)定性的重要因素，因此研究海浪對海底邊坡、人工島、油氣勘探平臺等工程設施的安全影響具有重要的意義。由于實際工程的復雜性，我國學者開展了大量地質(zhì)力學相似模型試驗研究工作，但也存在明顯的問題和缺陷，在做地質(zhì)力學相似模型試驗時，通常以研究邊坡等不良地質(zhì)體為主，以監(jiān)測邊坡等不良地質(zhì)體的位移、應力、應變?yōu)橹饕ぷ?，對研究波浪表面形態(tài)變化、波浪強度的監(jiān)測等缺乏相應的設備和方法。

另外，研究波浪對海底邊坡等不良地質(zhì)體的作用時，通常需要通過人工方法制造波浪，但是由于實驗臺架的限制，波浪回擊產(chǎn)生重疊效應導致無法實現(xiàn)對波浪的真實模擬，而普通的消波裝置由于實驗條件限制，其消波效率難以測定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的是提供一種追蹤波浪表面形態(tài)的模型試驗系統(tǒng)。

本實用新型的一種追蹤波浪表面形態(tài)的模型試驗系統(tǒng)，包括：

造波裝置，其用于制造模擬海水沖刷海底邊坡的波浪；

圖像采集裝置，其用于實時采集模擬海水沖刷海底邊坡的波浪圖像，并傳送至波浪形態(tài)分析裝置；

所述波浪形態(tài)分析裝置，用于對接收到的波浪圖像進行實時監(jiān)控及波浪表面形態(tài)和參數(shù)的分析，從而實現(xiàn)對造波裝置及整個模型試驗系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性進行評價；

所述造波裝置，包括：

試驗臺架，其按工程實際相似比進行設計，兩端為混凝土結(jié)構(gòu)，中間部分采用透明玻璃鋼材料與兩端接連；

所述試驗臺架內(nèi)按照工程實際進行分層鋪設海底邊坡模型；試驗臺架內(nèi)的液體采用海水原液或者按照相似模型試驗要求進行配比；所述試驗臺架內(nèi)還安裝消波裝置，用于防止波浪的回擊對前進波浪產(chǎn)生干擾。

進一步地，圖像采集裝置固定于試驗臺架的上方且位于所述消波裝置的前后兩側(cè)。

為了防止試驗過程中迸濺出來的液體對圖像采集裝置產(chǎn)生損壞，圖像采集裝置固定的高度大于波浪迸濺的高度；而且固定圖像采集裝置，能夠防止出現(xiàn)由于試驗過程中的震動引起搖擺等行為造成的圖像不清晰的問題。圖像采集裝置對消波裝置前后波浪表面形態(tài)進行實時監(jiān)測，最終實現(xiàn)將消波裝置前后波浪真實形態(tài)與參數(shù)在波浪分析系統(tǒng)進行對比顯示，為科研人員進行消波器消波性能的分析提供了一種新了研究方法。

進一步地，所述圖像采集裝置通過高頻數(shù)據(jù)線將采集的圖像傳送至波浪形態(tài)分析裝置。

高頻數(shù)據(jù)線能夠快速完整地將圖像采集裝置實時采集的圖像傳送至波浪形態(tài)分析裝置。

進一步地，所述波浪形態(tài)分析裝置包括圖像處理器，所述圖像處理器與顯示器相連。

通過圖像處理器對接收到的波浪圖像進行實時監(jiān)控及波浪表面形態(tài)和參數(shù)的分析，從而實現(xiàn)對造波裝置及整個模型試驗系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性進行評價；顯示器用于實時顯示波浪表面形態(tài)和參數(shù)的分析結(jié)果。

該系統(tǒng)還包括海底邊坡模型監(jiān)測裝置，其包括微處理器、壓力光纖傳感器和位移光纖傳感器，所述壓力光纖傳感器用于實時采集海底邊坡模型的應力及壓力并傳送至微處理器，所述位移光纖傳感器用于實時采集海底邊坡模型的位移并傳送至微處理器，所述微處理器對接收的信息處理來判斷海底邊坡模型的穩(wěn)定性。

本實用新型通過海底邊坡模型監(jiān)測裝置實時監(jiān)測海底邊坡模型的各項參數(shù)來保證海底邊坡模型的穩(wěn)定性。

本實用新型的有益效果為：

(1)本實用新型解決了模型試驗中波浪表面形態(tài)難以捕捉和實時監(jiān)測的問題以及消波裝置消波效率難以測定的問題，方便直觀地將消波器前后波浪表面形態(tài)參數(shù)展現(xiàn)出來，為模型試驗的設計、反饋、調(diào)節(jié)、優(yōu)化等提供了強有力的支持，與前人研究相比，取得了與工程更為接近、適用范圍更廣的成果。

(2)本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式簡單，操作方便，不需要埋設任何電子元件，方便移動和拆卸，并可重復使用，為科研人員提供了新的設備安裝思路。

(3)本實用新型系統(tǒng)，可以與模型試驗的其他結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行聯(lián)合，如通過與造波系統(tǒng)的聯(lián)合，可以實現(xiàn)波浪參數(shù)的實時反饋，為更加真實的模擬波浪形態(tài)提供反饋信息，從而可以方便的實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化，為科研人員提供了有效的控制手段。

(4)本實用新型可用于各類動態(tài)流體表面形態(tài)的追蹤獲取，如水道泄洪、海浪沖擊、水庫蓄水等模型試驗系統(tǒng)，以及由于消波裝置等實驗裝置前后波浪表面形態(tài)的測定與對比，實現(xiàn)消波器前后波浪表面形態(tài)的動態(tài)追蹤與實時成像，為整體試驗系統(tǒng)的開展和優(yōu)化提供有效的指導作用。

附圖說明

圖1是一種追蹤波浪表面形態(tài)的模型試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-試驗臺架，2-高速攝像機，3-消波器，4-高頻數(shù)據(jù)線，5-波浪形態(tài)分析裝置，6-波浪表面。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明：

圖1是一種追蹤波浪表面形態(tài)的模型試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示的追蹤波浪表面形態(tài)的模型試驗系統(tǒng)，包括造波裝置、圖像采集裝置和浪形態(tài)分析裝置。

其中，(1)造波裝置，其用于制造模擬海水沖刷海底邊坡的波浪。

造波裝置，包括：

試驗臺架1，其按工程實際相似比進行設計，兩端為混凝土結(jié)構(gòu)，中間部分采用透明玻璃鋼材料與兩端接連；

所述試驗臺架1內(nèi)按照工程實際進行分層鋪設海底邊坡模型；試驗臺架內(nèi)1的液體采用海水原液或者按照相似模型試驗要求進行配比；所述試驗臺架1內(nèi)還安裝消波裝置，用于防止波浪的回擊對前進波浪產(chǎn)生干擾。

為了觀察方便，試驗臺架1中間部分采用透明玻璃鋼材料。

采用現(xiàn)有方法在試驗臺架內(nèi)分層鋪設海底邊坡模型；可根據(jù)實際需要設計不同的流固模型系統(tǒng)，包括試驗臺架1底部海底或河底的填埋、試驗臺架1中部海溝或者河道的區(qū)直、試驗臺架上部流體類型選擇及填充高度等。

(2)圖像采集裝置，其用于實時采集模擬海水沖刷海底邊坡的波浪圖像，并傳送至波浪形態(tài)分析裝置。

圖像采集裝置以高速攝像機2，且消波裝置選用消波器3為例：

高速攝像機2固定于試驗臺架的上方且位于消波器3的前后兩側(cè)。

進一步地，所述高速攝像機2通過高頻數(shù)據(jù)4線將采集的圖像傳送至波浪形態(tài)分析裝置5。

高頻數(shù)據(jù)線能夠快速完整地將圖像采集裝置實時采集的圖像傳送至波浪形態(tài)分析裝置。

根據(jù)試驗場地，合理布局高速攝像機的位置，高速攝像機分為消波裝置前、后兩部分，使其能夠清楚地拍攝到完整波浪形態(tài)，并且為了防止液體迸濺損壞機器，應該適當安置其高度和角度等。

為了防止試驗過程中迸濺出來的液體對高速攝像機產(chǎn)生損壞，高速攝像機固定的高度大于波浪迸濺的高度；而且固定高速攝像機，能夠防止出現(xiàn)由于試驗過程中的震動引起搖擺等行為造成的圖像不清晰的問題。高速攝像機對消波裝置前后波浪表面形態(tài)進行實時監(jiān)測，最終實現(xiàn)將消波器前后波浪真實形態(tài)與參數(shù)在波浪分析系統(tǒng)進行對比顯示，為科研人員進行消波器消波性能的分析提供了一種新了研究方法。

采用高速攝像機高頻率地記錄波浪動態(tài)演化過程，對消波器前后波浪表面形態(tài)進行了詳細的追蹤，可以細致地反映波浪在前進過程中波頻、波幅和波浪表面形狀的變化過程，為真實模仿海浪等流體流動提供了新的研究途徑。

(3)波浪形態(tài)分析裝置，用于對接收到的波浪圖像進行實時監(jiān)控及波浪表面6的形態(tài)和參數(shù)的分析，從而實現(xiàn)對造波裝置及整個模型試驗系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性進行評價。

高速攝像機2通過高速數(shù)據(jù)線4與波浪形態(tài)分析裝置5連接，在進行正式模型試驗前，應進行前期系統(tǒng)測試，從而保證正式模型試驗的順利展開；

在進行正式模型試驗中，利用高速攝像機2追蹤捕捉波浪表面6形態(tài)和真實圖像并傳輸?shù)讲ɡ诵螒B(tài)分析裝置5，通過波浪形態(tài)分析裝置5進行實時反演和分析，直觀展現(xiàn)波浪形態(tài)和參數(shù)隨時間的變化過程，并且將消波器3前后波浪形態(tài)及相關(guān)參數(shù)直觀展現(xiàn)出來，通過參數(shù)對比等為整體試驗系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和優(yōu)化提供反饋信息。

進一步地，波浪形態(tài)分析裝置包括圖像處理器，所述圖像處理器與顯示器相連。

通過圖像處理器對接收到的波浪圖像進行實時監(jiān)控及波浪表面形態(tài)和參數(shù)的分析，從而實現(xiàn)對造波裝置及整個模型試驗系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性進行評價；顯示器用于實時顯示波浪表面形態(tài)和參數(shù)的分析結(jié)果。

該系統(tǒng)還包括海底邊坡模型監(jiān)測裝置，其包括微處理器、壓力光纖傳感器和位移光纖傳感器，所述壓力光纖傳感器用于實時采集海底邊坡模型的應力及壓力并傳送至微處理器，所述位移光纖傳感器用于實時采集海底邊坡模型的位移并傳送至微處理器，所述微處理器對接收的信息處理來判斷海底邊坡模型的穩(wěn)定性。

其中，微處理器可采用單片機或CPLD芯片予以實現(xiàn)；

壓力光纖傳感器和位移光纖傳感器均可采用現(xiàn)有的型號。

海底邊坡等不良地質(zhì)體的填埋，監(jiān)測元件及監(jiān)測設備的選用及埋設等可使用現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

本實用新型通過海底邊坡模型監(jiān)測裝置實時監(jiān)測海底邊坡模型的各項參數(shù)來保證海底邊坡模型的穩(wěn)定性。

上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術(shù)人員應該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎上，本領域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。