本發(fā)明涉及河口海岸水動力學、流體力學等基礎理論的試驗研究領域，特別涉及一種波浪作用下柔性網(wǎng)衣時空運動光學無接觸式試驗量測系統(tǒng)。

背景技術：

在當前的海工結構物的模型試驗技術中，多數(shù)關注剛性結構物的受力和局部流態(tài)問題，然而，隨海洋養(yǎng)殖業(yè)的長足發(fā)展，養(yǎng)殖箱體多采用浮式結構，常見的形式有網(wǎng)衣、網(wǎng)箱等。此外，對濱海電廠而言，為避免由于海水富營養(yǎng)化導致的大規(guī)模藻類爆發(fā)對取水安全的影響，常在取水明渠口門附近設置柔性攔污網(wǎng)，柔性網(wǎng)衣結構在海浪作用下將發(fā)生反復震蕩，形成慣性力，拉扯網(wǎng)衣內(nèi)部結構，使網(wǎng)衣存在被撕裂的風險。網(wǎng)衣繩索間的內(nèi)力與網(wǎng)衣的運動自由度和運動沖量直接相關。因此，欲準確獲取網(wǎng)衣材料的內(nèi)力，選取合適的網(wǎng)衣材料，就必須首先了解網(wǎng)衣柔性結構在波浪作用下的運動響應特征。對其準確的測量是開展研究的前提條件。

一般來說，在對運動物體位移的測量方面，最為常用的測量方案為布置位移傳感器。然而，位移傳感器需安裝在測量對象之上，較適合于剛性物體。對于試驗室內(nèi)模型柔性網(wǎng)衣結構而言，由于受限于自身的柔性和較輕的質(zhì)量，傳感器的自重便會給柔性網(wǎng)衣帶來很大變形，導致網(wǎng)衣的運動形態(tài)失真。因此，常規(guī)的接觸式測量難以滿足柔性網(wǎng)衣這一特殊對象的量測要求，而解決這一問題的唯一途徑是無接觸式測量。目前，在水下無接觸測量領域，聲學式、熱力學式、光學式等三種測量手段比較常用，但聲學式測量儀一般適用于流速測量，熱力學式測量由于測量對象不存在熱交換，從而不適用于對網(wǎng)衣的研究。對比而言，光學式測量，特別是攝像式測量具備“可見即所得”的優(yōu)勢，且測量面積較大，測量資料可存檔，更加適用于波浪作用下柔性網(wǎng)衣運動軌跡的測量。

攝像型光學式測量的原理在于通過固定幀速的高速攝像獲取一系列高分辨率照片，并通過配準照片的坐標來實時捕捉拍攝對象的運動軌跡，并通過對所拍攝照片中的物體位置坐標和像素網(wǎng)格坐標之間的轉(zhuǎn)換關系精確獲取拍攝對象的時空運動過程，但常規(guī)攝像式測量的主要缺陷在于易受試驗室光線和水體渾濁度的影響，當環(huán)境光線和水色變化時，常將導致背景色與拍攝對象的“像素重疊”，進而引起像素數(shù)據(jù)提取的誤差。經(jīng)大量查閱現(xiàn)有公開發(fā)表的資料得知，當前還沒有采用光學無接觸式量測系統(tǒng)對波浪作用下柔性網(wǎng)衣時空運動進行測量的報道。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種波浪作用下柔性網(wǎng)衣時空運動光學無接觸式試驗量測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高度的自動化特征，測量精度高。

本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種波浪作用下柔性網(wǎng)衣時空運動光學無接觸式試驗量測系統(tǒng)，包括波浪試驗水槽、柔性網(wǎng)衣、定位刻度板和攝像機；所述波浪試驗水槽的側(cè)壁是采用透明有機玻璃制成的；所述柔性網(wǎng)衣沿所述波浪試驗水槽的寬度方向設置，并采用兩個座底支架支撐固定在所述波浪試驗水槽中央，在所述柔性網(wǎng)衣的節(jié)點上分布有多個有色輕質(zhì)浮子，所述攝像機設置在所述波浪試驗水槽的外側(cè)，正對所述柔性網(wǎng)衣的一側(cè)中部，所述定位刻度板設置在所述柔性網(wǎng)衣的另一側(cè)并固定在所述波浪試驗水槽的側(cè)壁內(nèi)側(cè)，所述定位刻度板包括由可變色發(fā)光板制成的刻度板面板，在所述刻度板面板上設有網(wǎng)格型等間距的刻度線，所述刻度線是采用遙控式可變色發(fā)光電線制成的，所述攝像機采用所述定位刻度板作為坐標系追蹤所述有色輕質(zhì)浮子的位置隨時間變化的運動軌跡。

在所述刻度板面板上設有光線感應器。

在所述刻度板面板的頂部安裝有水準氣泡。

所述攝像機正對所述刻度板面板的中央。

兩個所述座底支架分別設置在所述柔性網(wǎng)衣的兩側(cè)，所述柔性網(wǎng)衣與所述座底支架采用捆綁繩連接。

在所述波浪試驗水槽的一端設有推板式造波機，另一端設有消波箱。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：用有色輕質(zhì)浮子將柔性網(wǎng)衣的各關鍵節(jié)點直接在物理結構上“像素化”，并通過后方的定位刻度板精確配準網(wǎng)衣節(jié)點處浮子在運動中的動態(tài)坐標位置。定位刻度板采用光感型，即面板顏色可隨試驗室光線變化，加強了刻度板和試驗室背景色彩的對比度，同時刻度線采用遙控式可變色光纜，可手動實時改變刻度線色彩，從而保障了網(wǎng)衣節(jié)點上有色輕質(zhì)浮子與刻度板面板、刻度線均有對比度強烈的色差，避免了試驗室光線、背景雜色等對照片像素對比度的干擾，使得對攝像照片的像素信息提取、配準和分析有很高的精度。

綜上所述，本發(fā)明填補當前水工力學物理模型中難以精確實時測量柔性網(wǎng)衣運動軌跡的測量實踐空白，能夠?qū)崟r測量波浪作用下柔性網(wǎng)衣的瞬時運動過程，避免了接觸式測量引起的附加質(zhì)量誤差，同時避免了普通光學量測系統(tǒng)中試驗室光線對拍攝照片像素的干擾，該系統(tǒng)自動化、智能性強、實施方便，精度高，可為提升柔性體運動力學的相關試驗研究提供支撐，促進海岸動力學和結構運動力學的發(fā)展。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的縱向立面示意圖；

圖2是本發(fā)明的橫向立面示意圖；

圖3是本發(fā)明的俯視圖；

圖4是本發(fā)明的定位刻度板示意圖。

圖中：1、波浪試驗水槽；2、推板式造波機；3、消波箱；4、水準氣泡；5、座底支架；6、柔性網(wǎng)衣；7、有色輕質(zhì)浮子；8、捆綁繩；9、攝像機；10、刻度線；11、定位刻度板；12、光線感應器。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

請參見圖1～圖4，一種波浪作用下柔性網(wǎng)衣時空運動光學無接觸式試驗量測系統(tǒng)，包括波浪試驗水槽1、柔性網(wǎng)衣6、定位刻度板11和攝像機9。

所述波浪試驗水槽1的側(cè)壁是采用透明有機玻璃制成的。

所述柔性網(wǎng)衣6沿所述波浪試驗水槽1的寬度方向設置，并采用兩個座底支架5支撐固定在所述波浪試驗水槽1的中央，在所述柔性網(wǎng)衣6的節(jié)點上分布有多個有色輕質(zhì)浮子7，所述攝像機9設置在所述波浪試驗水槽1的外側(cè)，正對所述柔性網(wǎng)衣6的一側(cè)中部，所述定位刻度板11設置在所述柔性網(wǎng)衣6的另一側(cè)并固定在所述波浪試驗水槽1的側(cè)壁內(nèi)側(cè)，所述定位刻度板11包括由可變色發(fā)光板制成的刻度板面板，在所述刻度板面板上設有網(wǎng)格型等間距的刻度線10，所述刻度線10是采用遙控式可變色發(fā)光電線制成的，所述攝像機9采用所述定位刻度板11作為坐標系追蹤所述有色輕質(zhì)浮子7的位置隨時間變化的運動軌跡。

在本實施例中，在所述刻度板面板上設有光線感應器12。

在所述刻度板面板的頂部安裝有水準氣泡4，可通過觀察水準氣泡4，使所述定位刻度板11保持鉛直狀態(tài)。

所述攝像機9正對所述定位刻度板11的中央，

兩個所述座底支架5分別設置在所述柔性網(wǎng)衣6的兩側(cè)，所述柔性網(wǎng)衣6與所述座底支架5采用捆綁繩8連接。

在所述波浪試驗水槽1的一端設有推板式造波機2，另一端設有消波箱3。

本發(fā)明的工作原理：

開啟推板式造波機2構造試驗環(huán)境。

開啟定位刻度板11，根據(jù)試驗室內(nèi)光線情況，調(diào)節(jié)刻度線10的顏色，使之與柔性網(wǎng)衣6上的有色輕質(zhì)浮子7以及定位刻度板11刻度板面板的顏色具備較大色差。

當多個顏色不同的有色輕質(zhì)浮子7與定位刻度板11的刻度板面板和刻度線10的色差對比明顯后，開啟攝像機9，并以50Hz的幀速拍照，追蹤柔性網(wǎng)衣6不同位置的有色輕質(zhì)浮子7隨時間的變化過程，進而通過定位刻度板11上的坐標監(jiān)控有色輕質(zhì)浮子7的位置，最終分析得到柔性網(wǎng)衣6的運動軌跡。

盡管上面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍的情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。