本發(fā)明涉及圖像采集技術領域，具體而言，涉及一種圖像采集系統(tǒng)及離心機模型試驗系統(tǒng)。

背景技術：

在工程領域中，常常用小比例試驗模型重現(xiàn)某一事件來研究原型中可能存在的和發(fā)生的現(xiàn)象，或利用模型試驗進行工程實際的預測，以揭示和分析現(xiàn)象的本質和機理。其中，在巖土工程和地質工程領域，導致巖土體變形的主要荷載是土的自重應力。在開展模型試驗時，因小比例試驗模型的自重應力遠低于其原型的自重應力而存在不能真實地反映原型的變形過程的問題。

基于上述問題，現(xiàn)有的技術中一般通過離心機為小比例試驗模型提供較高的離心加速度來補償模型重力，使小比例試驗模型內(nèi)部具有與其對應的原型一致的應力場，使得試驗模型和原型應力應變相等、變形相似、破壞機理相同，從而使保證模型試驗結果能最大程度逼近原型。

經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在開展模型試驗時，因圖像采集系統(tǒng)受自身物理屬性的限制會受到高離心加速度的影響而導致不能完整、可靠地獲取離心試驗模型的試驗狀態(tài)信息的問題。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種圖像采集系統(tǒng)及離心機模型試驗系統(tǒng)，以解決因圖像采集系統(tǒng)受自身物理屬性的限制會受到高離心加速度的影響而導致不能完整、可靠地獲取離心試驗模型的試驗狀態(tài)信息的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例采用如下技術方案：

一種圖像采集系統(tǒng)，應用于離心機模型試驗系統(tǒng)。所述離心機模型試驗系統(tǒng)包括離心機、設置于所述離心機的吊籃中的模型箱以及設置于所述模型箱內(nèi)部的試驗模型，所述圖像采集系統(tǒng)包括高速工業(yè)相機、第一光電轉換器、光纖滑環(huán)、第二光電轉換器以及計算機。

所述高速工業(yè)相機設置于所述模型箱中并與所述第一光電轉換器的輸入端連接，所述第一光電轉換器的輸出端通過所述光纖滑環(huán)與所述第二光電轉換器的輸入端連接，所述第二光電轉換器的輸出端與所述計算機連接。

所述高速工業(yè)相機將獲取的試驗模型處于高離心加速度條件下的狀態(tài)信息轉換為第一電信號并發(fā)送至所述第一光電轉換器，所述第一光電轉換器將接收的第一電信號轉換為光信號并通過所述光纖滑環(huán)發(fā)送至所述第二光電轉換器，所述第二光電轉換器將接收的光信號轉換為第二電信號發(fā)送至所述計算機，所述計算機將接收的第二電信號進行存儲和分析處理。

在本發(fā)明實施例較佳的選擇中，在上述圖像采集系統(tǒng)中，所述高速工業(yè)相機為多個，各所述高速工業(yè)相機分別設置于所述模型箱的內(nèi)部。

在本發(fā)明實施例較佳的選擇中，在上述圖像采集系統(tǒng)中，各所述高速工業(yè)相機間隔設置以獲取所述試驗模型360度的狀態(tài)信息。

在本發(fā)明實施例較佳的選擇中，在上述圖像采集系統(tǒng)中，所述光纖滑環(huán)為多個，所述第一光電轉換器設置有多個輸入端和多個輸出端，所述第二光電轉換器設置有多個輸入端和多個輸出端，所述第一光電轉換器的各輸入端分別與各所述高速工業(yè)相機連接、各輸出端分別通過各所述光纖滑環(huán)與所述第二光電轉換器的各輸入端連接，所述第二光電轉換器的各輸出端分別與所述計算機連接。

在本發(fā)明實施例較佳的選擇中，在上述圖像采集系統(tǒng)中，所述光纖滑環(huán)包括旋轉部件和與所述旋轉部件連接的固定部件，所述第一光電轉換器的輸出端與所述旋轉部件連接，所述第二光電轉換器的輸入端與所述固定部件連接。

在本發(fā)明實施例較佳的選擇中，在上述圖像采集系統(tǒng)中，所述離心機包括離心機驅動器、旋轉軸以及通過所述旋轉軸與所述離心機驅動器連接的旋轉臂，所述第一光電轉換器和光纖滑環(huán)設置于所述旋轉臂與所述旋轉軸連接的位置。

在本發(fā)明實施例較佳的選擇中，在上述圖像采集系統(tǒng)中，所述計算機為磁盤陣列計算機，所述磁盤陣列計算機設置于遠離所述離心機的控制室。

在上述基礎上，本發(fā)明實施例還提供了一種離心機模型試驗系統(tǒng)，包括離心機、設置于所述離心機的吊籃中的模型箱、設置于所述模型箱內(nèi)部的試驗模型以及所述圖像采集系統(tǒng)，所述圖像采集系統(tǒng)包括高速工業(yè)相機、第一光電轉換器、光纖滑環(huán)、第二光電轉換器以及計算機。

所述高速工業(yè)相機設置于所述模型箱中并與所述第一光電轉換器的輸入端連接，所述第一光電轉換器的輸出端通過所述光纖滑環(huán)與所述第二光電轉換器的輸入端連接，所述第二光電轉換器的輸出端與所述計算機連接。

所述高速工業(yè)相機將獲取的試驗模型處于高離心加速度條件下的狀態(tài)信息轉換為第一電信號并發(fā)送至所述第一光電轉換器，所述第一光電轉換器將接收的第一電信號轉換為光信號并通過所述光纖滑環(huán)發(fā)送至所述第二光電轉換器，所述第二光電轉換器將接收的光信號轉換為第二電信號發(fā)送至所述計算機，所述計算機將接收的第二電信號進行存儲和分析處理。

在本發(fā)明實施例較佳的選擇中，在上述離心機模型試驗系統(tǒng)中，所述離心機為土工離心機。

在本發(fā)明實施例較佳的選擇中，在上述離心機模型試驗系統(tǒng)中，所述土工離心機包括離心機驅動器、旋轉軸以及旋轉臂，所述旋轉軸的一端與所述離心機驅動器連接、另一端連接于所述旋轉臂的中間位置，所述吊籃設置于所述旋轉臂的端部，所述離心機驅動器轉動并通過所述旋轉軸帶動所述旋轉臂轉動以使所述吊籃轉動。

本發(fā)明提供一種圖像采集系統(tǒng)及離心機模型試驗系統(tǒng)，通過將高速工業(yè)相機設置于模型箱中以獲取試驗模型的狀態(tài)信息并通過光電器件進行信號的傳遞，可以解決因圖像采集系統(tǒng)受自身物理屬性的限制會受到高離心加速度的影響而導致不能完整、可靠地獲取離心試驗模型的試驗狀態(tài)信息的問題，具有極大地實用價值。

進一步地，通過設置多個間隔設置的高速工業(yè)相機以獲取試驗模型360度的狀態(tài)信息，可以保證計算機對該信息進行處理時，能更為全面的對實際工程進行預測以及準確的揭示和分析實際工程的本質和機理。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的離心機模型試驗系統(tǒng)的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例提供的圖像采集系統(tǒng)的結構框圖。

圖3為本發(fā)明實施例提供的模型箱的內(nèi)部結構示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例提供的計算機的結構框圖。

圖標：10-離心機模型試驗系統(tǒng)；100-圖像采集系統(tǒng)；110-高速工業(yè)相機；130-第一光電轉換器；150-光纖滑環(huán)；170-第二光電轉換器；190-計算機；191-通信裝置；193-存儲器；195-圖像處理裝置；197-顯示裝置；210-吊籃；230-離心機驅動器；250-旋轉軸；270-旋轉臂；300-模型箱；400-試驗模型。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例只是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。在本發(fā)明的描述中，術語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為只是或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“設置”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例提供了一種圖像采集系統(tǒng)100，應用于離心機模型試驗系統(tǒng)10。所述圖像采集系統(tǒng)100包括高速工業(yè)相機110、第一光電轉換器130、光纖滑環(huán)150、第二光電轉換器170以及計算機190。

結合圖3，在本實施例中，所述離心機模型試驗系統(tǒng)10包括離心機、模型箱300以及試驗模型400。所述模型箱300設置于所述離心機的吊籃210，所述試驗模型400設置于所述模型箱300內(nèi)部，所述高速工業(yè)相機110設置于所述模型箱300中并與所述第一光電轉換器130的輸入端連接，所述第一光電轉換器130的輸出端通過所述光纖滑環(huán)150與所述第二光電轉換器170的輸入端連接，所述第二光電轉換器170的輸出端與所述計算機190連接。

通過上述設計，可實現(xiàn)：所述離心機啟動工作，通過所述吊籃210帶動設置于所述模型箱300內(nèi)部的試驗模型400和高速工業(yè)相機110高速轉動，所述試驗模型400和所述高速工業(yè)相機110相對靜止，所述高速工業(yè)相機110將獲取的試驗模型400處于高離心加速度條件下的狀態(tài)信息轉換為第一電信號并發(fā)送至所述第一光電轉換器130，所述第一光電轉換器130將接收的第一電信號轉換為光信號并通過所述光纖滑環(huán)150發(fā)送至所述第二光電轉換器170，所述第二光電轉換器170將接收的光信號轉換為第二電信號發(fā)送至所述計算機190，所述計算機190將接收的第二電信號進行存儲和分析處理。

可選地，所述第一光電轉換器130、光纖滑環(huán)150、第二光電轉換器170以及計算機190的具體設置位置不受限制，可以根據(jù)實際需求和所述離心機的具體結構進行設置。在本實施例中，所述離心機包括離心機驅動器230、旋轉軸250以及通過所述旋轉軸250與所述離心機驅動器230連接的旋轉臂270，為避免所述第一光電轉換器130、光纖滑環(huán)150以及第二光電轉換器170受轉動時產(chǎn)生的離心力的影響，所述第一光電轉換器130、光纖滑環(huán)150以及第二光電轉換器170設置于所述旋轉臂270與所述旋轉軸250連接的位置。

可選地，所述第二光電轉換器170也可以設置于其它位置，例如在所述第二光電轉換器170為光纖網(wǎng)卡時，所述光纖網(wǎng)卡與所述計算機190直接連接。

可選地，所述計算機190為具有較大存儲能力的磁盤陣列計算機，考慮到磁盤陣列計算機因具有體積和重量大的特點而導致容易受到離心力的影響，所述磁盤陣列計算機設置于遠離所述離心機的控制室。

結合圖4，在本實施例中，所述計算機190設置有通信裝置191、存儲器193、圖像處理裝置195以及顯示裝置197。所述通信裝置191用于與所述第二光電轉換器170通信連接以接收所述第二電信號并發(fā)送至所述存儲器193，所述存儲器193用于將接收的第二電信號進行存儲，所述圖像處理裝置195用于根據(jù)所述第二電信號生成圖像信息，并通過所述顯示裝置197對外輸出，以使用戶可以觀察到高離心加速度條件下所述試驗模型400的狀態(tài)信息，所述圖像處理裝置195還用于對生成的圖像信息進行分析研究，例如所述試驗模型400在高速狀態(tài)下的形變量等信息。

可選地，所述通信裝置191、存儲器193、圖像處理裝置195以及顯示裝置197相互之間直接或間接地電性連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸或交互。例如，這些元件相互之間可通過一條或多條通訊總線或信號線實現(xiàn)電性連接。

其中，所述存儲器193可以是，但不限于，隨機存取存儲器(randomaccessmemory，ram)，只讀存儲器(readonlymemory，rom)，可編程只讀存儲器(programmableread-onlymemory，prom)，可擦除只讀存儲器(erasableprogrammableread-onlymemory，eprom)，電可擦除只讀存儲器(electricerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)等。其中，存儲器193用于存儲程序，圖像處理裝置195在接收到執(zhí)行指令后，執(zhí)行所述程序。進一步地，上述存儲器193內(nèi)的軟件程序以及模塊還可包括操作系統(tǒng)。其可包括各種用于管理系統(tǒng)任務(例如內(nèi)存管理、存儲設備控制、電源管理等)的軟件組件和/或驅動，并可與各種硬件或軟件組件相互通訊，從而提供其他軟件組件的運行環(huán)境。

所述圖像處理裝置195可以是一種集成電路芯片，具有信號的處理能力。上述的圖像處理裝置195可以是通用處理器，包括中央處理器(centralprocessingunit，cpu)、網(wǎng)絡處理器(networkprocessor，np)等。還可以是數(shù)字信號處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件。

可以理解，圖4所示的結構僅為示意，所述計算機190還可包括比圖4中所示更多或者更少的組件，或者具有與圖4所示不同的配置。圖4中所示的各組件可以采用硬件、軟件或其組合實現(xiàn)。

可選地，所述高速工業(yè)相機110的數(shù)量不受限制，既可以是多個，也可以是一個，根據(jù)實際需求進行設置即可。在本實施例中，所述高速工業(yè)相機110為多個，各所述高速工業(yè)相機110分別設置于所述模型箱300的內(nèi)部。

可選地，多個所述高速工業(yè)相機110設置于所述模型箱300內(nèi)部的具體分布位置不受限制，例如，既可以是設置于遠離所述試驗模型400的所述模型箱300的內(nèi)壁，也可以是通過懸掛的方式設置于靠近所述試驗模型400的位置。在本實施例中，為避免所述試驗模型400在破壞后對所述高速工業(yè)相機110造成損壞以及保證所述高速工業(yè)相機110與所述模型箱300的相對固定程度，各所述高速工業(yè)相機110分別通過固定件固定于所述模型箱300中。

可選地，多個所述高速工業(yè)相機110設置于所述模型箱300內(nèi)部的相對位置關系不受限制，既可以是任意分布，也可以是均勻分布，可以根據(jù)實際需求進行設置。在本實施例中，多個所述高速工業(yè)相機110均勻分布，任意相鄰兩個高速工業(yè)相機110之間的距離相等，并且各所述高速工業(yè)相機110與所述試驗模型400的距離相等?？蛇x地，多個所述高速工業(yè)相機110的具體數(shù)量不受限制，例如，可以是但不限于2、3、4、5等，可以根據(jù)需要獲取的信息的豐富程度進行設置。在本實施例中，所述高速工業(yè)相機110的數(shù)量為4個，4個所述高速工業(yè)相機110間隔設置以獲取所述試驗模型400的360度的狀態(tài)信息。

可選地，所述高速工業(yè)相機110也可以設置于所述模型箱300的外側，并且在所述高速工業(yè)相機110為多個時，分別設置于所述模型箱300的不同側以獲取所述實驗模型400的360度的狀態(tài)信息。

可選地，所述第一光電轉換器130和所述第二光電轉換器170的數(shù)量不受限制，既可以是一個，也可以是多個，可以根據(jù)實際需求進行設置?？紤]到成本問題，在本實施例中，所述第一光電轉換器130和所述第二光電轉換器170為一個。

進一步地，在本實施例中，所述第一光電轉換器130設置有多個輸入端，所述第二光電轉換器170設置有多個輸出端。所述第一光電轉換器130的多個輸入端分別與各所述高速工業(yè)相機110連接，所述第二光電轉換器170的多個輸出端分別與所述計算機190的各輸入端連接。

可選地，所述第一光電轉換器130的輸入端的具體數(shù)量不受限制，只要滿足大于或等于所述高速工業(yè)相機110的數(shù)量即可，以使每一個高速工業(yè)相機110獲取的信息可以通過所述第一光電轉換器130進行信號的實時轉換。

可選地，所述光纖滑環(huán)150的數(shù)量不受限制，既可以是一個，也可以是多個，可以根據(jù)所述高速工業(yè)相機110的數(shù)量、所述第一光電轉換器130的輸出端的數(shù)量以及所述第二光電轉換器170的輸入端的數(shù)量進行設置。在本實施例中，所述第一光電轉換器130的輸出端為多個，所述第二光電轉換器170的輸入端為多個，所述光纖滑環(huán)150為多個，所述第一光電轉換器130的各輸入端分別與各所述高速工業(yè)相機110連接、各輸出端分別通過各所述光纖滑環(huán)150與所述第二光電轉換器170的各輸入端連接，所述第二光電轉換器170的各輸出端分別與所述計算機190連接。具體地，所述第一光電轉換器130的輸出端與輸入端的數(shù)量相同，所述第二光電轉換器170的輸入端與輸出端的數(shù)量相同，所述光纖滑環(huán)150的數(shù)量應小于或等于所述第一光電轉換器130的輸出端的數(shù)量、小于或等于所述第二光電轉換器170的輸入端的數(shù)量且大于或等于所述高速工業(yè)相機110的數(shù)量。在本實施例中，為留有一定的冗余以適應不同的應用環(huán)境，所述光纖滑環(huán)150為8個。

進一步地，在本實施例中，所述光纖滑環(huán)150可以包括旋轉部件和固定部件，所述固定部件與所述旋轉部件可以相對轉動，并且能進行光信號的傳遞。

可選地，所述旋轉部件和固定部件與所述第一光電轉換器130和第二光電轉換器170的具體連接關系不受限制，例如，既可以是所述旋轉部件與所述第一光電轉換器130連接，也可以是所述固定部件與所述第一光電轉換器130連接?？紤]到所述第一光電轉換器130直接與各所述高速工業(yè)相機110連接，會隨著所述高速工業(yè)相機110進行角速度相同的轉動，在本實施例中，所述第一光電轉換器130的輸出端與所述旋轉部件連接，所述第二光電轉換器170的輸入端與所述固定部件連接。

通過上述設置，可以實現(xiàn)：所述第一光電轉換器130和所述光纖滑環(huán)150的旋轉部件與所述離心機旋轉臂270一起旋轉，所述光纖滑環(huán)150的固定部件和第二光電轉換器170相對于地面是靜止的。

本發(fā)明實施例還提供一種離心機模型試驗系統(tǒng)10，包括離心機、模型箱300、試驗模型400以及上述的圖像采集系統(tǒng)100。所述圖像采集系統(tǒng)100包括高速工業(yè)相機110、第一光電轉換器130、光纖滑環(huán)150、第二光電轉換器170以及計算機190。所述高速工業(yè)相機110設置于所述模型箱300的內(nèi)部并與所述第一光電轉換器130的輸入端連接，所述第一光電轉換器130的輸出端通過所述光纖滑環(huán)150與所述第二光電轉換器170的輸入端連接，所述第二光電轉換器170的輸出端與所述計算機190連接。

進一步地，在本實施例中，所述高速工業(yè)相機110將獲取的試驗模型400處于高離心加速度條件下的狀態(tài)信息轉換為第一電信號并發(fā)送至所述第一光電轉換器130，所述第一光電轉換器130將接收的第一電信號轉換為光信號并通過所述光纖滑環(huán)150發(fā)送至所述第二光電轉換器170，所述第二光電轉換器170將接收的光信號轉換為第二電信號發(fā)送至所述計算機190，所述計算機190將接收的第二電信號進行存儲和分析處理。

可選地，所述離心機的類型不受限制，可以根據(jù)試驗需求進行設置。在本實施例中，所述離心機為土工離心機。

可選地，所述土工離心機的具體形狀結構不受限制，可以根據(jù)實際應用環(huán)境進行設置。在本實施例中，所述土工離心機可以包括離心機驅動器230、旋轉軸250以及旋轉臂270，所述旋轉軸250的一端與所述離心機驅動器230連接、另一端連接于所述旋轉臂270的中間位置。

可選地，所述吊籃210的具體設置位置不受限制，可以設置于所述旋轉臂270的任意位置。在本實施例中，為充分保證所述吊籃210可以在較高的離心加速度條件下運動，所述吊籃210設置于所述旋轉臂270的端部，即在所述旋轉臂270上遠離所述旋轉軸250的位置。所述離心機驅動器230轉動，并通過所述旋轉軸250帶動所述旋轉臂270轉動，以使所述吊籃210轉動，從而帶動位于所述吊籃210的模型箱300內(nèi)部的試驗模型400轉動。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種圖像采集系統(tǒng)100及離心機模型試驗系統(tǒng)10，通過將高速工業(yè)相機110設置于模型箱300內(nèi)部獲取試驗模型400的狀態(tài)信息并通過光電器件進行信號的傳遞，可以解決因圖像采集系統(tǒng)100受自身物理屬性的限制會受到高離心加速度的影響而導致不能完整、可靠地獲取試驗模型400的試驗狀態(tài)信息的問題，因而具有極大地實用價值。其次，通過設置多個間隔設置的高速工業(yè)相機110以獲取試驗模型400的360度的狀態(tài)信息，可以保證計算機190對該信息進行處理時，更為全面的對實際工程進行預測以及準確的揭示和分析實際工程的本質和機理。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。