一種觀測泥沙起動運動和測量起動流速的模型試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于模型試驗觀測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種觀測泥沙起動運動及測量泥沙起動流速的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在水槽模型試驗中，泥沙起動運動的觀測對泥沙運移規(guī)律和河床沖刷淤積的研究具有十分重要的意義。河床泥沙運移規(guī)律和沖刷淤積過程大多始于泥沙起動運動，進而產(chǎn)生不平衡輸沙，再到平衡輸沙的過程。泥沙的起動運動是指在一定的水流條件下，床面上的泥沙顆粒由靜止轉(zhuǎn)為運動的現(xiàn)象。泥沙從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為運動狀態(tài)時所對應(yīng)的水流速度稱為泥沙起動流速。當(dāng)水流速度小于等于泥沙起動流速時，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流速時，泥沙基本上處于運動狀態(tài)。因此，泥沙起動流速的測量對泥沙起動運動的研究具有重要的意義。
[0003]然而，現(xiàn)有泥沙起動運動的觀測途徑和起動流速的測量方法還比較落后，主要依靠人工觀察的方法，即由人工調(diào)整試驗水槽中的流速，并通過人工目視觀察試驗水槽床面泥沙的起動情況，進而判定泥沙是否進行起動運動、是否達到泥沙的起動流速。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有很多微小的塵粒，長時間懸浮在水中，尤其是流動的水中，使得水體混濁，實驗人員根本無法看清床面泥沙的運動情況。同時，也導(dǎo)致普通光學(xué)CCD照相機的攝像方法很難看清楚水下床面的泥沙顆粒運動狀態(tài)情況，因而無法判定泥沙的起動狀態(tài)。
[0004]另外，基于超聲波成像方法的泥沙運動觀測裝置和B超成像測量方法，由于超聲成像探測距離短，超聲成像的分辨率也較低，遠不及光學(xué)方法，因而水下床面上的泥沙顆粒根本無法分辨。如此同時泥沙顆粒的運動成像也容易使泥沙成像光斑發(fā)生形變，進一步導(dǎo)致床面泥沙顆粒的運動狀態(tài)模糊不清，因而無法判定泥沙起動，也很難進行泥沙運動狀態(tài)和泥沙起動流速的精細化分析。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種模型試驗中觀測泥沙起動運動和測量起動流速的裝置。
[0006]由于超聲掃描成像方法所獲得實時圖像很難分清床面上的泥沙運動顆粒，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)上補充激光光源，進行泥沙起動運動的觀測分析。
[0007]本實用新型所提供的一種觀測泥沙起動運動及測量泥沙起動流速的模型試驗裝置，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(4)、視頻圖像采集卡(5)、計算機(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)中的每個通道分別通過一個水管(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)包括一個入水通道和一個出水通道，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(4)設(shè)置在雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)的側(cè)面。
[0012]本實用新型采用激光柱面鏡和攝像機等構(gòu)成的泥沙起動運動觀測系統(tǒng)，對起動流速觀測試驗的河床邊界和懸移沙粒直接進行成像，獲取泥沙顆粒起動運動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方法測得的水流速度，最終給出泥沙的起動流速。該裝置能夠直接觀測水下床面泥沙粒子的運動情況，具有定量、客觀、一致和快速的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的結(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、5-視頻圖像采集卡、6-計算機、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。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
[0016]如圖1所示，本實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；激光光源2產(chǎn)生激光信號給激光柱面鏡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4、視頻圖像采集卡5和計算機6組成視頻圖像采集處理系統(tǒng)。攝像機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)泥沙顆粒運動情況的視頻圖像;視頻圖像采集卡5安裝在計算機6內(nèi)采集攝像機內(nèi)的視頻圖像，并傳輸給計算機上的視頻圖像處理軟件(現(xiàn)有軟件);計算機處理泥沙顆粒運動情況的視頻圖像，并判斷泥沙是否起動，是否達到泥沙的起動流速。
[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]本實用新型采用激光光源直接照亮水下床面泥沙運動顆粒，然后通過攝像機照相，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行分析測量，從而判定泥沙的起動狀況。
【主權(quán)項】
1.一種觀測泥沙起動運動和測量起動流速的模型試驗裝置，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(4)、視頻圖像采集卡(5)、計算機(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)中的每個通道分別通過一個水管(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所述的一種觀測泥沙起動運動和測量起動流速的模型試驗裝置，其特征在于:所述雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)包括一個入水通道和一個出水通道，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所述的一種觀測泥沙起動運動和測量起動流速的模型試驗裝置，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所述的一種觀測泥沙起動運動和測量起動流速的模型試驗裝置，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所述的一種觀測泥沙起動運動和測量起動流速的模型試驗裝置，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(4)設(shè)置在雙通道循環(huán)玻璃水槽(7)的側(cè)面。
【專利摘要】本實用新型涉及一種觀測泥沙起動運動和測量起動流速的模型試驗裝置，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(4)、視頻圖像采集卡(5)和計算機(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)。在觀測泥沙起動運動和測量起動流速時，將激光光源系統(tǒng)產(chǎn)生柱面平面光照亮床底泥沙，攝像機拍攝照亮的床面泥沙運動情況，并把視頻圖像傳輸?shù)接嬎銠C上處理，觀測泥沙起動運動情況，分析泥沙顆粒濃度，從而實現(xiàn)泥沙起動流速的測量。本實用新型具有分辨率高、實時性強、直觀可視、操作方便快捷的優(yōu)點。
【IPC分類】G01M10/00, G01P5/26
【公開號】CN205317446
【申請?zhí)枴緾N201620071797
【發(fā)明人】宋歡, 馬志敏, 鄒先堅, 石青
【申請人】武漢大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月25日