一種觀測(cè)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)和測(cè)量起動(dòng)流速的模型試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于模型試驗(yàn)觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種觀測(cè)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)及測(cè)量泥沙起動(dòng)流速的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在水槽模型試驗(yàn)中，泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)對(duì)泥沙運(yùn)移規(guī)律和河床沖刷淤積的研究具有十分重要的意義。河床泥沙運(yùn)移規(guī)律和沖刷淤積過程大多始于泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生不平衡輸沙，再到平衡輸沙的過程。泥沙的起動(dòng)運(yùn)動(dòng)是指在一定的水流條件下，床面上的泥沙顆粒由靜止轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。泥沙從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)所對(duì)應(yīng)的水流速度稱為泥沙起動(dòng)流速。當(dāng)水流速度小于等于泥沙起動(dòng)流速時(shí)，泥沙基本上處于靜止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)水流速度大于泥沙起動(dòng)流速時(shí)，泥沙基本上處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此，泥沙起動(dòng)流速的測(cè)量對(duì)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)的研究具有重要的意義。
[0003]然而，現(xiàn)有泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)途徑和起動(dòng)流速的測(cè)量方法還比較落后，主要依靠人工觀察的方法，即由人工調(diào)整試驗(yàn)水槽中的流速，并通過人工目視觀察試驗(yàn)水槽床面泥沙的起動(dòng)情況，進(jìn)而判定泥沙是否進(jìn)行起動(dòng)運(yùn)動(dòng)、是否達(dá)到泥沙的起動(dòng)流速。這種方法存在以下問題:(I)受人為因素影響較大，不同人員、不同的習(xí)慣、不同光照條件可能得出不同臨界起動(dòng)流速;(2)缺乏合理的、定量的、客觀一致的判別依據(jù)，人為隨意性很大。(3)受水流透明性影響較大。在含沙水流中往往會(huì)有很多微小的塵粒，長時(shí)間懸浮在水中，尤其是流動(dòng)的水中，使得水體混濁，實(shí)驗(yàn)人員根本無法看清床面泥沙的運(yùn)動(dòng)情況。同時(shí)，也導(dǎo)致普通光學(xué)CCD照相機(jī)的攝像方法很難看清楚水下床面的泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)情況，因而無法判定泥沙的起動(dòng)狀態(tài)。
[0004]另外，基于超聲波成像方法的泥沙運(yùn)動(dòng)觀測(cè)裝置和B超成像測(cè)量方法，由于超聲成像探測(cè)距離短，超聲成像的分辨率也較低，遠(yuǎn)不及光學(xué)方法，因而水下床面上的泥沙顆粒根本無法分辨。如此同時(shí)泥沙顆粒的運(yùn)動(dòng)成像也容易使泥沙成像光斑發(fā)生形變，進(jìn)一步導(dǎo)致床面泥沙顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模糊不清，因而無法判定泥沙起動(dòng)，也很難進(jìn)行泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和泥沙起動(dòng)流速的精細(xì)化分析。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種模型試驗(yàn)中觀測(cè)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)和測(cè)量起動(dòng)流速的裝置。
[0006]由于超聲掃描成像方法所獲得實(shí)時(shí)圖像很難分清床面上的泥沙運(yùn)動(dòng)顆粒，并且分辨率很低，于是本裝置采用分辨率高的光學(xué)攝像裝置，并在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充激光光源，進(jìn)行泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)分析。
[0007]本實(shí)用新型所提供的一種觀測(cè)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)及測(cè)量泥沙起動(dòng)流速的模型試驗(yàn)裝置，包括光源系統(tǒng)、視頻圖像采集處理系統(tǒng)、水循環(huán)控制系統(tǒng);所述光源系統(tǒng)包括電源(I)、激光光源(2)和激光柱面鏡(3);電源(I)與激光光源(2)連接，激光光源(2 )與激光柱面鏡(3)連接;所述視頻圖像采集處理系統(tǒng)包括依次連接的攝像機(jī)(4)、視頻圖像采集卡(5)、計(jì)算機(jī)(6);所述水循環(huán)控制系統(tǒng)包括雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)、變頻器(8)、水栗(9)、水管
(11);雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)中的每個(gè)通道分別通過一個(gè)水管(11)與水栗(9)連接，變頻器(8)與水栗(9)連接。
[0008]所述雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)包括一個(gè)入水通道和一個(gè)出水通道，入水通道與水栗的入水口連接，出水通道與水栗的出水口連接，兩個(gè)通道之間通過玻璃層隔離，玻璃層上開設(shè)有水流出口，水流出口上設(shè)置有攔沙網(wǎng)(12)。
[0009]還包括有穩(wěn)流器(10)，穩(wěn)流器(10)設(shè)置在出水通道內(nèi)。
[0010]還包括有擋光板(13)，擋光板(13)固定在雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)外面。
[0011]所述激光柱面鏡(3)設(shè)置于雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)的水面上方，所述攝像機(jī)(4)設(shè)置在雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)的側(cè)面。
[0012]本實(shí)用新型采用激光柱面鏡和攝像機(jī)等構(gòu)成的泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，對(duì)起動(dòng)流速觀測(cè)試驗(yàn)的河床邊界和懸移沙粒直接進(jìn)行成像，獲取泥沙顆粒起動(dòng)運(yùn)動(dòng)的直觀視頻圖像信息，通過分析床面附近懸移顆粒濃度的變化特征，結(jié)合PIV方法測(cè)得的水流速度，最終給出泥沙的起動(dòng)流速。該裝置能夠直接觀測(cè)水下床面泥沙粒子的運(yùn)動(dòng)情況，具有定量、客觀、一致和快速的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；
[0014]其中1-電源、2-激光光源、3-激光柱面鏡、4-攝像機(jī)、5-視頻圖像采集卡、6-計(jì)算機(jī)、7-雙通道循環(huán)玻璃水槽、8-變頻器、9-水栗、I O-穩(wěn)流器、11 -水管、12-攔沙網(wǎng)、13-擋光板。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0016]如圖1所示，本實(shí)用新型包括光源系統(tǒng)、視頻圖像采集處理系統(tǒng)、水循環(huán)控制系統(tǒng)。
[0017](I)電源1、激光光源2和激光柱面鏡3組成光源系統(tǒng)。電源I給激光光源2提高所需的特定電壓電流信號(hào)；激光光源2產(chǎn)生激光信號(hào)給激光柱面鏡3;激光柱面鏡3置于水面上方，產(chǎn)生特定區(qū)域的平面激光，垂直向下照射河床床面。
[0018](2)攝像機(jī)4、視頻圖像采集卡5和計(jì)算機(jī)6組成視頻圖像采集處理系統(tǒng)。攝像機(jī)4安裝在玻璃水槽激光平面照射的側(cè)邊，拍攝激光平面內(nèi)泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)情況的視頻圖像;視頻圖像采集卡5安裝在計(jì)算機(jī)6內(nèi)采集攝像機(jī)內(nèi)的視頻圖像，并傳輸給計(jì)算機(jī)上的視頻圖像處理軟件(現(xiàn)有軟件);計(jì)算機(jī)處理泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)情況的視頻圖像，并判斷泥沙是否起動(dòng)，是否達(dá)到泥沙的起動(dòng)流速。
[0019 ] (3)雙通道循環(huán)玻璃水槽7、變頻器8、水栗9、穩(wěn)流器1、水管11、攔沙網(wǎng)12和擋光板13組成水循環(huán)控制系統(tǒng)。雙通道循環(huán)玻璃水槽7盛裝特定量的水;變頻器8控制水栗9旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生特定流速大小的水流;穩(wěn)流器10用于穩(wěn)定水流，保證水流平穩(wěn);水管11用于連接水栗9和玻璃水槽7 ；攔沙網(wǎng)12固定在水槽內(nèi)水流出口，用于攔截被水流沖出的沙粒;擋光板13固定在水槽外面，用于擋住白天太陽光源的影響。
[0020]本實(shí)用新型采用激光光源直接照亮水下床面泥沙運(yùn)動(dòng)顆粒，然后通過攝像機(jī)照相，從而獲取床面顆粒的視頻圖像，再依據(jù)這些顆粒的視頻圖像進(jìn)行分析測(cè)量，從而判定泥沙的起動(dòng)狀況。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種觀測(cè)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)和測(cè)量起動(dòng)流速的模型試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括光源系統(tǒng)、視頻圖像采集處理系統(tǒng)、水循環(huán)控制系統(tǒng);所述光源系統(tǒng)包括電源(I)、激光光源(2)和激光柱面鏡(3);電源(I)與激光光源(2)連接，激光光源(2)與激光柱面鏡(3)連接;所述視頻圖像采集處理系統(tǒng)包括依次連接的攝像機(jī)(4)、視頻圖像采集卡(5)、計(jì)算機(jī)(6);所述水循環(huán)控制系統(tǒng)包括雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)、變頻器(8)、水栗(9)、水管(11);雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)中的每個(gè)通道分別通過一個(gè)水管(11)與水栗(9)連接，變頻器(8)與水栗(9)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種觀測(cè)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)和測(cè)量起動(dòng)流速的模型試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)包括一個(gè)入水通道和一個(gè)出水通道，入水通道與水栗的入水口連接，出水通道與水栗的出水口連接，兩個(gè)通道之間通過玻璃層隔離，玻璃層上開設(shè)有水流出口，水流出口上設(shè)置有攔沙網(wǎng)(12)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種觀測(cè)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)和測(cè)量起動(dòng)流速的模型試驗(yàn)裝置，其特征在于:還包括有穩(wěn)流器(1)，穩(wěn)流器(1)設(shè)置在出水通道內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種觀測(cè)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)和測(cè)量起動(dòng)流速的模型試驗(yàn)裝置，其特征在于:還包括有擋光板(13 )，擋光板(13)固定在雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)外面。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種觀測(cè)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)和測(cè)量起動(dòng)流速的模型試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述激光柱面鏡(3)設(shè)置于雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)的水面上方，所述攝像機(jī)(4)設(shè)置在雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)的側(cè)面。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種觀測(cè)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)和測(cè)量起動(dòng)流速的模型試驗(yàn)裝置，包括由電源(1)、激光光源(2)和激光柱面鏡(3)組成的光源系統(tǒng)；由攝像機(jī)(4)、視頻圖像采集卡(5)和計(jì)算機(jī)(6)組成得視頻圖像采集處理系統(tǒng)；由雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)、變頻器(8)、水泵(9)、穩(wěn)流器(10)、水管(11)、攔沙網(wǎng)(12)和擋光板(13)組成的水循環(huán)控制系統(tǒng)。在觀測(cè)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)和測(cè)量起動(dòng)流速時(shí)，將激光光源系統(tǒng)產(chǎn)生柱面平面光照亮床底泥沙，攝像機(jī)拍攝照亮的床面泥沙運(yùn)動(dòng)情況，并把視頻圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上處理，觀測(cè)泥沙起動(dòng)運(yùn)動(dòng)情況，分析泥沙顆粒濃度，從而實(shí)現(xiàn)泥沙起動(dòng)流速的測(cè)量。本實(shí)用新型具有分辨率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、直觀可視、操作方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01M10/00, G01P5/26
【公開號(hào)】CN205317446
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620071797
【發(fā)明人】宋歡, 馬志敏, 鄒先堅(jiān), 石青
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月25日