專(zhuān)利名稱(chēng)：一種測(cè)量泥沙啟動(dòng)流速的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于河工測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種泥沙啟動(dòng)流速的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
在河工模型試驗(yàn)中，泥沙啟動(dòng)流速的測(cè)量對(duì)于泥沙運(yùn)移規(guī)律的研究具有十分重要的意義。泥沙啟動(dòng)是指在一定的水流條件下，泥沙由靜止轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。然而，現(xiàn)有泥沙啟動(dòng)流速測(cè)量的方法還比較落后，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(guò)人工目視觀察試驗(yàn)水槽床面泥沙的啟動(dòng)情況，進(jìn)而判定是否達(dá)到泥沙的啟動(dòng)流速。這種方法存在以下問(wèn)題1、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啟動(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(zhǎng)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(wú)法看清床面泥沙的運(yùn)動(dòng)情況，因而無(wú)法判定泥沙的啟動(dòng)狀態(tài)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種測(cè)量泥沙啟動(dòng)流速的裝置。由于超聲波在水下有很好的傳導(dǎo)性，而且高頻超聲波對(duì)水中的粒子較為敏感，借助于B型超聲掃描方式，只要選擇合適的超聲頻率，進(jìn)行水下二維成像，可以獲得河床界面及其附近的懸浮沙粒的的實(shí)時(shí)圖像信號(hào)。依據(jù)這些粒子的光斑圖像信號(hào)可以分析判定泥沙的啟動(dòng)狀況。雖然圖像中的粒子的大小可能會(huì)有一定失真，但足以反映懸移粒子的存在和粒子的濃度變化情況，為分析判定泥沙的啟動(dòng)狀態(tài)提供足夠的信息。實(shí)驗(yàn)證明，在泥沙臨界啟動(dòng)流速附近，河床界面懸移沙粒的濃度有一個(gè)顯著的增加的過(guò)程，這為通過(guò)B超成像準(zhǔn)確判定泥沙的啟動(dòng)狀況提供了有效特征。定義術(shù)語(yǔ)粒子濃度每幀圖像所含懸移粒子的數(shù)目，用N表示。基礎(chǔ)濃度靜水中每幀圖像所含懸移粒子濃度，用NO表示。水流速度用V表示,單位cm/s。濃度變化率Λ N/Λ V，用U表示。 相對(duì)濃度N/ (NO)，用S表示。根據(jù)不同沙質(zhì)多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以建立以下基于B超成像的泥沙啟動(dòng)流速的判定法則I、粒子濃度N顯著增加到基礎(chǔ)濃度NO的4飛倍以上且Ν>30 ；2、粒子濃度的相對(duì)變化率達(dá)到150顆/cm/s以上。以上兩個(gè)條件同時(shí)滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)的最小流速即為泥沙的啟動(dòng)流速。本實(shí)用新型所提供的泥沙啟動(dòng)流速測(cè)量裝置，包括B超儀和流速儀，B超儀的探頭置于水面處，流速儀的探頭置于水中，B超成像儀通過(guò)圖像采集卡和計(jì)算機(jī)相連，流速儀和計(jì)算機(jī)通信接口相連。所述流速儀可以為旋槳流速儀、ADV流速儀或電磁流速儀等常用流速儀。使用上述裝置，測(cè)量泥沙啟動(dòng)流速的方法為I.、從流速為零開(kāi)始，利用B超儀測(cè)量記錄河床界上方水體中懸移粒子濃度；%、逐步增加流速，測(cè)量并記錄懸浮粒子濃度及其變化率；f、當(dāng)懸浮粒子濃度超過(guò)靜水中懸浮粒子濃度的4飛倍且N>30，同時(shí)粒子濃度的變化率大于150時(shí)可以判定此時(shí)的流速為泥沙臨界啟動(dòng)流速，測(cè)量此時(shí)的流速為泥沙的啟動(dòng)流速。本實(shí)用新型采用B超成像儀，對(duì)啟動(dòng)流速測(cè)量試驗(yàn)的河床邊界和懸移沙粒直接進(jìn)行成像，獲取泥沙粒子運(yùn)動(dòng)的直觀視頻圖像信息，通過(guò)分析床面附近懸移粒子濃度的變化特征，結(jié)合流速儀測(cè)得的流速，最終給出泥沙的啟動(dòng)流速。具有定量、客觀、一致和快速的優(yōu)

圖I泥沙啟動(dòng)流速測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中I-B超儀，2-流速儀，3-圖像采集卡，4-計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施方式
一種泥沙啟動(dòng)流速測(cè)量裝置，包括B超儀I和流速儀2，B超儀I的探頭置于水面處，流速儀2的探頭置于水中，B超儀I通過(guò)圖像采集部卡3和計(jì)算機(jī)4相連，流速儀2和計(jì)算機(jī)4相連。流速儀可以采用旋槳式流速儀。計(jì)算機(jī)中安裝啟動(dòng)分析處理軟件。實(shí)驗(yàn)供水系統(tǒng)控制流速按階梯方式逐級(jí)緩慢增加，每個(gè)階段流速維持時(shí)間可根據(jù)需要事先設(shè)定。旋槳流速儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)流速。B超儀對(duì)水下懸浮沙粒和河床地形實(shí)時(shí)掃描成像，圖像采集卡采集B超儀的視頻圖像信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接收的數(shù)據(jù)圖像文件，傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)從流速儀中讀取實(shí)施流速，同時(shí)利用啟動(dòng)流速分析軟件，提取河床地形并統(tǒng)計(jì)分析懸移粒子顆粒濃度NO和N及其變化特征，計(jì)算Ν/Ν0和△ N/△ V，根據(jù)設(shè)定的判據(jù)，判定特征值是否如滿(mǎn)足Ν/Ν0Μ 且 N>30Λ N/Λ V〉150滿(mǎn)足，則達(dá)到泥沙啟動(dòng)狀態(tài)，記錄對(duì)應(yīng)流速即為泥沙的啟動(dòng)流速，試驗(yàn)停止。不滿(mǎn)足則控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)加大流速，繼續(xù)測(cè)量直至滿(mǎn)足上述判定條件為止。上述使用過(guò)程中，旋槳流速可以換成ADV流速儀或電磁流速儀，工作過(guò)程相同。
權(quán)利要求1.一種泥沙啟動(dòng)流速測(cè)量裝置，其特征在于，包括B超儀(I)和流速儀(2)，B超儀的探頭(I)置于水面處，流速儀(2)的探頭置于水中，B超儀(I)通過(guò)圖像采集卡(3)和計(jì)算機(jī)(4 )相連，流速儀(2 )和計(jì)算機(jī)(4 )通信接口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述流速儀為旋槳流速儀、ADV流速儀或電磁流速儀。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種泥沙啟動(dòng)流速測(cè)量裝置，包括B超儀和流速儀，B超儀探頭置于水面處，流速儀的探頭置于水中，B超儀通過(guò)圖像采集卡和計(jì)算機(jī)相連，流速儀和計(jì)算機(jī)通信接口相連。本實(shí)用新型采用B超成像儀，對(duì)啟動(dòng)流速測(cè)量試驗(yàn)的河床邊界和懸移沙粒直接成像，獲取泥沙粒子運(yùn)動(dòng)的直觀視頻圖像信息，通過(guò)分析床面附近懸移粒子濃度的變化特征，結(jié)合流速儀測(cè)得的流速，最終給出泥沙的啟動(dòng)流速。具有定量、客觀、一致和快速的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01P5/00GK202770854SQ201220436758
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者馬志敏, 胡向陽(yáng), 許明, 鄒先堅(jiān) 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)