CN104764584B - 具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球及模拟计时方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球及模拟计时方法，该模拟球包括内部中空的模拟球主体、进水管、压力传感器、计时器和数据接口，模拟球主体设有第一孔和第二孔，第一孔和第二孔中心与模拟球球心成直线，进水管安装于第一孔，第一孔远离模拟球主体的一端安装有密封装置，进水管一端与压力传感器连接，压力传感器通过计时器与数据接口连接，数据接口安装于第二孔，第二孔远离模拟球主体中心一端通过橡皮塞填堵。本发明实现了泥沙颗粒模拟球自被释放到跑出冲刷坑的自动计时，解决了人工计时工作量大、误差大问题；本发明一旦释放模拟球，即可通过压力传感器触发计时器自动计时，减小了人工释放导致的初始计时误差。

Description

具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球及模拟计时方法

技术领域

本发明涉及一种泥沙颗粒模拟装置，具体涉及一种具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球及模拟计时方法。

背景技术

受桥墩等涉水建筑物影响，桥墩迎水面易形成冲刷坑，为研究冲刷坑内泥沙运动机理，需要在实验室模拟冲刷坑，放入泥沙颗粒，在一定水流条件下观察泥沙颗粒运动情况。如图3所示，其中一种重要研究方法就是将单颗粒泥沙(粒径1-3cm)放入冲刷坑中心，记录泥沙颗粒跑出冲刷坑的时间，然后以一定时间为分界线，分别统计该时间内泥沙颗粒跑出和未跑出冲刷的比值，从而获取泥沙颗粒跑出冲刷坑的概率，改变冲刷坑尺度和水流条件，研究对于泥沙颗粒跑出冲刷坑概率的的影响。目前泥沙颗粒跑出冲刷坑计时主要采用人工方式，由于该项试验研究需要进行大样本试验，人工方式工作量大、误差大，难以长时间研究。因此，发明一种具有自动计时功能的模拟沙，对于研究冲刷坑内泥沙运动至关重要。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球及模拟计时方法，大幅提高计时准确性，减小了人工释放小球初始计时误差。

技术方案：为实现上述目的，本发明的具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球，包括内部中空的模拟球主体、进水管、压力传感器、计时器和数据接口，所述模拟球主体设有第一孔和第二孔，第一孔和第二孔中心与模拟球主体球心成直线，进水管安装在第一孔中，第一孔远离模拟球主体的一端安装有密封装置，进水管位于模拟球主体内的一端与压力传感器连接，压力传感器与计时器相连，计时器与数据接口相连，数据接口安装在第二孔中，第二孔远离模拟球主体中心的一端通过橡皮塞填堵。

作为优选，所述密封装置包含释放器连接杆，释放器连接杆插入到进水管中，释放器连接杆外套有沿释放器连接杆自由上下滑动的固定架，释放器连接杆头部设有把手。

作为优选，所述第一孔直径与释放器连接杆的直径相同，释放器连接杆与第一孔为间隙配合。

作为优选，所述第一孔为锥形孔，释放器连接杆的底部为与锥形孔锥度一样的锥形状。

根据上述的具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球的模拟计时方法，包括以下步骤：

(1)拔出第二孔橡皮塞，将释放器连接杆插人模拟球进水管中，进水管中空气被压缩经第二孔排除，进水管中空气仍为普通大气压，从而压力传感器感知普通大气压力，再用橡皮塞填堵第二孔；

(2)释放器接杆与模拟球进入水体至冲刷坑床面，拉动释放器接杆，模拟球主体在固定架作用下脱落，压力传感器通过进水管感知水深，计时器开始计时t₁，并记录初始水深D₁；

(3)当压力传感器感知水深小于D₁-H时，其中H为冲刷坑与床面高度差，表明泥沙颗粒模拟球跑出了冲刷坑，停止计时t₂，则模拟球跑出冲刷坑的时间为：Δt＝t₂-t₁，通过数据接口读取计时器的数据；

(4)重复步骤(1)～(3)，直至实验结束。

有益效果：本发明的具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球及模拟计时方法，具有以下优点：

1、实现泥沙颗粒模拟球的跑出冲刷坑的自动计时，解决了人工计时工作量大、误差大等问题；

2、该发明一旦释放模拟球，即可通过压力传感器触发计时器自动计时，大幅提高计时准确性，减小了人工释放小球初始计时误差；

3、该发明的模拟球可以通过调节材料配比，改变比重，可制成不同规格模拟球；

4、该发明设计了数据接口，读取数据时防止了对模拟球的破坏，实现了多次重复使用，大幅降低了试验成本。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的结构示意图；

图2为一种密封装置的结构示意图；

图3为本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明的具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球，包括内部中空的模拟球主体1、进水管2、压力传感器3、计时器4和数据接口5，所述模拟球主体1设有第一孔和第二孔，第一孔和第二孔中心与模拟球主体1球心成直线，进水管2内安装在第一孔中，第一孔远离模拟球主体1的一端安装有密封装置，进水管2位于模拟球主体1内的一端与压力传感器3连接，压力传感器3与计时器4相连，计时器4与数据接口5相连，数据接口5安装在第二孔中，第二孔远离模拟球主体1中心的一端通过橡皮塞填堵。

如图2所示，密封装置包含释放器连接杆6，释放器连接杆6插入到进水管2中，释放器连接杆6外套有沿释放器连接杆6自由上下滑动的固定架7，释放器连接杆6头部设有把手，所述第一孔直径与释放器连接杆6的直径相同，释放器连接杆6与第一孔为间隙配合。

在本发明中，第一孔也可以为锥形孔，释放器连接杆6的底部为与锥形孔锥度一样的锥形状。通过带锥度的释放器连接杆6插入到锥形孔中，锥形孔由于开口大，插入方便，而且释放器连接杆6插入到锥形孔中，插的更牢固，密封性更好。

压力传感器3布置于球心，其压力数据与进水管所处方向无关，始终为模拟球中心处水压力。

在本发明中，所述模拟球主体1采用树脂与石膏，通过调节材料配比，改变比重，可制成不同规格模拟球。

根据上述的具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球的模拟计时方法，包括以下步骤：

(1)拔出第二孔橡皮塞，将释放器连接杆6插人模拟球进水管中2，进水管中2空气被压缩经第二孔排除，进水管中空气仍为普通大气压，从而压力传感器3感知普通大气压力，再用橡皮塞填堵第二孔；

(2)释放器接杆与模拟球8进入水体至冲刷坑床面，即冲刷坑的最底端，拉动释放器接杆，模拟球主体1在固定架7作用下脱落，压力传感器3通过进水管2感知水深，计时器4开始计时t₁，并记录初始水深D₁；

(3)当压力传感器3感知水深小于D₁-H时，其中H为冲刷坑与床面高度差，表明泥沙颗粒模拟球跑出了冲刷坑，停止计时t₂，则模拟球跑出冲刷坑的时间为：Δt＝t₂-t₁，通过数据接口5读取计时器4的数据；

(4)重复步骤(1)～(3)，直至实验结束。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球的模拟计时方法，其特征在于：该泥沙颗粒模拟球包括内部中空的模拟球主体、进水管、压力传感器、计时器和数据接口，所述模拟球主体设有第一孔和第二孔，第一孔和第二孔中心与模拟球球心成直线，进水管安装于第一孔，第一孔远离模拟球主体的一端设密封装置，进水管位于模拟球主体内的一端与压力传感器连接，压力传感器与计时器相连，计时器与数据接口相连，数据接口安装于第二孔，第二孔远离模拟球主体中心的一端通过橡皮塞填堵；该方法包括以下步骤：

(1)拔出数据接口孔橡皮塞，将释放器连接杆插人模拟球进水管中，进水管中空气被压缩经数据接口孔排除，进水管中空气仍为普通大气压，从而压力传感器感知普通大气压力，再采用橡皮塞填堵数据接口孔；

(2)释放器接杆与模拟球进入水体至冲刷坑床面，拉动释放器接杆，模拟球主体在固定架作用下脱落，压力传感器通过进水管感知水深，计时器开始计时t₁，并记录初始水深D₁；

(3)当压力传感器感知水深小于D₁-H时，其中H为冲刷坑与床面高度差，停止计时t₂，则模拟球跑出冲刷坑的时间为：Δt＝t₂-t₁，通过数据接口读取计时器的数据；

(4)重复步骤(1)～(3)，直至实验结束。

2.根据权利要求1所述的具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球的模拟计时方法，其特征在于：所述密封装置包含释放器连接杆，释放器连接杆插入到进水管中，释放器连接杆外套有沿释放器连接杆自由上下滑动的固定架，释放器连接杆头部设有把手。

3.根据权利要求2所述的具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球的模拟计时方法，其特征在于：所述第一孔直径与释放器连接杆的直径相同，释放器连接杆与第一孔为间隙配合。

4.根据权利要求2所述的具有自动计时功能的泥沙颗粒模拟球的模拟计时方法，其特征在于：所述压力传感器设置于球心。