CN107063512B - 冰体内应力形变检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种冰体内应力及形变检测方法及系统。所述方法应用于冰体内应力及形变检测系统，所述系统包括计算设备及采集设备，所述采集设备包括压力计单元及变形计单元。通过压力计单元获取冰体内部任意一点的主应力参数，并将获取的主应力参数发送给计算设备。通过变形计单元获取冰体内部任意一点的主应变参数，并将获取的主应变参数发送给计算设备。计算设备根据主应力参数、主应变参数对冰体的受力情况进行分析。由此，获得了冰体内任意一点的主应力参数及主应变参数，从而根据获得的数据进行分析，以便于对冰川的运动进行估测。

Description

冰体内应力形变检测方法及系统

技术领域

本发明涉及检测计量技术领域，具体而言，涉及一种冰体内应力形变检测方法及系统。

背景技术

检测冰川的运动情况对研究冰川有着重要的意义。冰作为一种特殊的材料，在冰川运动的几何、力学分析过程中，其内部任意一点的应力状态和应变状态的获取和精准描述至关重要。在监测和重演冰川运动的过程中，冰体的变形场分布变化规律是其重要的分析对象和控制指标。

由于在冰川体设置相对不变的基准点位置较为困难，传统的测杆(花杆)的三维位置变动较难确定。因此，提供一种可获取冰体内部的应力及变形的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术中的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种冰体内应力形变检测方法及系统，其能够获取冰体内部任意一点的主应力参数及主应变参数，从而根据获得的数据对冰体内部的受力情况进行分析，以对冰川的运动进行推测。

本发明较佳实施例提供了一种冰体内应力形变检测方法，应用于冰体内应力形变检测系统，所述系统包括计算设备及采集设备，所述采集设备包括压力计单元及变形计单元，所述方法包括：

通过所述压力计单元获取冰体内部任意一点的主应力参数，并将所述主应力参数发送给所述计算设备；

通过所述变形计单元获取冰体内部任意一点的主应变参数，并将所述主应变参数发送给所述计算设备；

所述计算设备根据所述主应力参数及主应变参数对冰体的受力情况进行分析，以对所述系统所处的冰川的运动进行估测。

本发明较佳实施例还提供一种冰体内应力形变检测系统，所述系统包括通信连接的采集设备及计算设备，

所述采集设备用于采集获取冰体内部任意一点的主应力参数及主应力状态，其中，所述采集设备设置在待测冰体内；

所述计算设备用于根据所述主应力参数及主应变参数对冰体的受力情况进行分析，以对所述系统所处的冰川的运动进行估测。

相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：

本发明较佳实施例提供了一种冰体内应力形变检测方法及系统。其中，所述方法应用于冰体内应力形变检测系统。所述系统包括计算设备及采集设备，所述采集设备包括压力计单元及变形计单元。通过压力计单元获取冰体内部任意一点的主应力参数，通过变形计单元获取冰体内部任意一点的主应变参数。所述计算设备接收所述压力计单元获取的主应力参数及所述变形计单元发送的主应变参数。由此，获得了冰体内部任意一点的主应力参数及主应变参数，并根据所述主应力参数及主应变参数对冰体的受力情况进行分析，以对所述系统所处的冰川的运动进行估测。

为使发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明较佳实施例提供的冰体内应力形变检测系统的方框示意图。

图2为图1中计算设备的方框示意图。

图3为本发明较佳实施例提供的冰体内应力形变检测方法的流程示意图之一。

图4为图1中采集设备的结构示意图之一。

图5为图3中步骤S120包括的子步骤的流程示意图。

图6为图3中步骤S130包括的子步骤的流程示意图。

图7为图1中采集设备的结构示意图之二。

图8为本发明较佳实施例提供的冰体内应力形变检测方法的流程示意图之二。

图9为图8中步骤S140包括的子步骤的流程示意图。

图10为本发明较佳实施例提供的冰体内应力形变检测方法的流程示意图之三。

图11为本发明较佳实施例提供的冰体内应力形变检测方法的流程示意图之四。

图12为本发明较佳实施例提供的冰体内应力形变检测方法的流程示意图之五。

图标：10-冰体内应力形变检测系统；100-计算设备；101-存储器；102-存储控制器；103-处理器；130-采集设备；200-压力计单元；201-压力计；300-变形计单元；301-变形计；400-框架；401-第一三角形表面；402-第二三角形表面；403-第三三角形表面；404-第四三角形表面；405-第五三角形表面；406-第六三角形表面；410-第一三角形表面组；420-第二三角形表面组；510-第一定位组；511-定位圈体；512-水准气泡仪；513-电子测角仪；600-测量件；601-第一端；602-第二端；610-指北针。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，图1是本发明较佳实施例提供的冰体内应力形变检测系统10的方框示意图。所述冰体内应力形变检测系统10包括计算设备100及采集设备130。所述采集设备130用于采集数据，所述计算设备100接收数据，并根据接收的数据对冰体的受力情况进行分析。其中，所述采集设备130包括压力计单元200及变形计单元300。

请参照图2，图2是图1中计算设备100的方框示意图。所述计算设备100可以是，但不限于，个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑等。所述计算设备100包括存储器101、存储控制器102及处理器103。所述存储器101、存储控制器102及处理器103各元件之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。

其中，所述存储器101可以用于存储所述采集设备130发送的采集数据，还可以存储用于对所述数据进行分析的分析系统，分析系统在所述存储器101中的形式可以是软件或固件。所述存储器101可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)等。所述处理器103以及其他可能的组件对存储器101的访问可在所述存储控制器102的控制下进行。

所述处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等。

可以理解，图2所示的结构仅为示意，计算设备100还可包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。图2中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

请参照图3，图3是本发明较佳实施例提供的冰体内应力形变检测方法的流程示意图之一。所述方法应用于冰体内应力形变检测系统10。下面对冰体内应力形变检测方法进行详细阐述。

步骤S120，通过所述压力计单元200获取冰体内部任意一点的主应力参数，并将所述主应力参数发送给所述计算设备100。

请参照图4，图4是图1中采集设备130的结构示意图之一。所述采集设备130包括一框架400。所述框架400为六面体。所述框架400包括第一三角形表面组410及第二三角形表面组420。所述第一三角形表面组410包括第一三角形表面401、第二三角形表面402及第三三角形表面403，三个三角形表面之间相互垂直。

其中，所述第一三角形表面组410中的三角形表面均为直角等腰三角形。所述第一三角形表面401的∠BAC为直角，所述第二三角形表面402中的∠CAD为直角，所述第三三角形表面403中的∠BAD为直角。

所述第二三角形表面组420包括第四三角形表面404、第五三角形表面405及第六三角形表面406，上述三个三角形表面之间相互垂直。

其中，所述第二三角形表面组420中的三角形表面均为直角等腰三角形。所述第四三角形表面404的∠BEC为直角，所述第五三角形表面405中的∠CED为直角，所述第六三角形表面406中的∠BED为直角。

在本实施例的实施方式中，所述框架400可由9根金属(比如，钢)构件组成。

请参照图4及图5，图5是图3中步骤S120包括的子步骤的流程示意图。所述步骤S120包括子步骤S121及子步骤S122。

在本实施例中，所述压力计单元200及变形计单元300均设置在所述框架400上。所述压力计单元200包括设置在所述第一三角形表面组410上的三个压力计201。第一三角形表面组410中每个三角形表面对应一个压力计201。

子步骤S121，每个压力计201将其检测获得的冰体内部任意一点的压力数据发送给所述计算设备100。

在本实施例中，所述压力计201设置在三角形表面上。其中，将所述压力计201设置在三角形表面的中心位置处，使得测量的压力数据更为准确。

子步骤S122，所述计算设备100根据三个相互垂直的压力数据分析得到冰体内部任意一点的主应力参数。

在本实施例中，由于三个压力计201设置在三个相互垂直的三角形表面上，因此，由三个压力计201测得的三个压力数据也是相互垂直。所述计算设备100对得到的三个相互垂直的压力数据进行分析，从而得到冰体内部任意一点的主应力参数。

其中，由于振弦式压力计具有读数准确的优点，因此，在本实施例的实施方式中，所述压力计201是振弦式压力计。

步骤S130，通过所述变形计单元300获取冰体内部任意一点的主应变参数，并将所述主应变参数发送给所述计算设备100。

请参照图4及图6，图6是图3中步骤S130包括的子步骤的流程示意图。所述步骤S130包括子步骤S131及子步骤S132。

在本实施例中，所述变形计单元300包括设置在所述第二三角形表面组420上的三个变形计301。第二三角形表面组420中每个三角形表面对应一个变形计301。

子步骤S131，每个变形计301将其检测获得的冰体内部任意一点的变形数据发送给所述计算设备100。

在本实施例中，所述变形计301设置在所述三角形表面。其中，将所述变形计301设置在三角形表面的中心位置处，使得测量的变形数据更为准确。

子步骤S132，所述计算设备100根据三个相互垂直的变形数据分析得到冰体内部任意一点的主应变参数。

在本实施例中，由于三个变形计301设置在三个相互垂直的三角形表面上，因此，由三个变形计301测得的三个变形数据也是相互垂直的。所述计算设备100对得到的三个相互垂直的变形数据进行分析，从而得到冰体内部任意一点的主应变参数。

在本实施例的实施方式中，所述变形计301可以是电阻式变形计，电阻式变形计是一种把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。

其中，将压力计单元200设置在包括三个相互垂直的三角形表面的第一三角形表面组410，将变形计单元300设置在包括三个相互垂直的三角形表面的第二三角形表面组420，便于应用力学及运动学分析主应力参数及主应变参数。

请参照图7，图7是图1中采集设备130的结构示意图之二。所述采集设备130还包括设置在所述框架400上的定位单元。所述定位单元用于保护所述框架400及支撑所述压力计单元200、变形计单元300。所述定位单元包括第一定位组510、第二定位组及第三定位组(图7中只示出第一定位组510)。其中，所述第一定位组510、第二定位组及第三定位组均包括定位圈体511、电子测角仪513。

其中，所述第一定位组510设置在第一平面，所述第二定位组与所述第三定位组分别设置在第二平面及第三平面上。其中，所述第一三角形表面组410与第二三角形表面组420相对于所述第一平面镜像对称，所述第一平面、第二平面及第三平面相互之间两两垂直。

请参照图8，图8是本发明较佳实施例提供的冰体内应力形变检测方法的流程示意图之二。所述方法还包括：步骤S140，通过所述电子测角仪513检测获得所述框架400的移动数据，并将所述框架400的移动数据发送给所述计算设备100。

在本实施例中，所述电子测角仪513设置在定位圈体511上。在所述框架400受到冰体内的作用力发生移动时，所述电子测角仪513获得所述框架400的移动(比如，平动、转动)信息，并将所述移动信息发送给所述计算设备100。

请参照图7及图9，图9是图8中步骤S140包括的子步骤的流程示意图。所述定位圈体511上还设置有水准气泡仪512。在步骤S140之前，所述方法还包括子步骤S141及子步骤S142。

子步骤S141，通过所述水准气泡仪512检测所述定位圈体511是否放置平衡。

在本实施例中，将所述定位圈体511设置在所述框架400上时，通过水准气泡仪512检测所述定位圈体511的水平度。在所述定位圈体511放置平衡时，执行步骤S140。在所述定位圈体511放置不平衡时，执行子步骤S142。

子步骤S142，根据所述水准气泡仪512的读数对所述定位圈体511的水平度进行调整以使所述定位圈体511放置平衡。

在本实施例中，在所述定位圈体511放置不平衡时，通过调整所述定位圈体511的放置位置及水准气泡仪512的读数，从而将所述定位圈体511放置平衡。由此，避免由于所述定位圈体511放置不平衡对所述电子测角仪513测得的数据产生影响。

请再次参照图7，所述采集设备130还包括测量件600。所述测量件600为中空结构，所述压力计单元200、变形计单元300及电子测角仪513的信号电缆穿过所述测量件600与计算设备100连接。所述测量件600包括第一端601及第二端602，其中，所述第一端601与所述框架400任意一顶点连接，所述第二端602设置有一指北针610。所述指北针610外露于所述冰体表面。

请参照图10，图10是本发明较佳实施例提供的冰体内应力形变检测方法的流程示意图之三。所述方法还包括：步骤S150，通过所述指北针610测量获得所述框架400的走向及倾向信息，并将所述框架400的走向及倾向信息发送给所述计算设备100。

在实施例中，在所述框架400发生移动时，在冰体表面通过所述指北针610获得所述框架400的走向及倾向信息。所述计算设备100还以包括一输入单元，所述计算设备100接收用户通过所述输入单元输入的所述框架400的走向及倾向信息。

请参照图7及图11，图11是本发明较佳实施例提供的冰体内应力形变检测方法的流程示意图之四。所述测量件600上设置有刻度。所述方法还包括：步骤S160，通过所述刻度测量获得所述框架400相对冰体表面的上下运动信息，并将所述框架400相对冰体表面的上下运动信息发送给所述计算设备100。

在本实施例的实施方式中，将所述采集设备130埋设于所述冰体内，记录埋设时的所述测量件600上的刻度。在所述框架400发生移动时，记录移动后的所述测量件600上的刻度。由此，所述计算设备100通过接收输入的埋设时的刻度及移动后的刻度获得所述框架400相对冰体表面的上下运动信息。

步骤S170，所述计算设备100根据所述主应力参数及主应变参数对冰体的受力情况进行分析，以对所述系统所处的冰川的运动进行估测。

在本实施例中，所述计算设备100根据所述主应力参数、主应变参数、框架400的移动数据、框架400的走向及倾向信息、框架400相对于冰体表面的上下运动信息对冰体的受力情况进行分析，推导冰川的运动学特征和演变过程，进而对所述采集设备130所述的冰川的运动进行估测。

请参照图12，图12是本发明较佳实施例提供的冰体内应力形变检测方法的流程示意图之五。所述方法还包括：步骤S110，将所述采集设备130放置在待检测的冰体内，并用原地的冰屑进行回填。

在本实施例中，将所述采集设备130放置在冰体内以测得冰体内的受力情况。同时用原地的冰屑进行回填，以减少施工对测量结果和精度的干扰。

本发明较佳实施例还提供了一种冰体内应力形变检测系统10。所述冰体内应力形变检测系统10采用上述冰体内应力形变检测方法对冰体内的应力及形变进行检测。所述冰体内应力形变检测系统10包括通信连接的采集设备130及计算设备100。所述采集设备130用于采集获取冰体内部任意一点的主应力参数及主应变参数。其中，所述采集设备130设置在待测冰体内。所述计算设备100用于根据所述主应力参数及主应变参数对冰体的受力情况进行分析，以对所述冰体内应力形变检测系统10所处的冰川的运动进行估测。

综上所述，本发明提供了一种冰体内形变检测方法及系统。所述方法应用于冰体内应力形变检测系统。所述系统包括：计算设备及采集设备。所述采集设备包括压力计单元及变形计单元。所述压力计单元获取冰体内部任意一点的主应力参数，并将所述主应力参数发送给所述计算设备。所述变形计单元获取冰体内部任意一点的主应变参数，并将所述主应变参数发送给所述计算设备。所述计算设备根据接收的所述主应力参数及主应变参数分析冰体内部的受力情况，并由此对冰川的运动进行估测。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种冰体内应力形变检测方法，应用于冰体内应力形变检测系统，其特征在于，所述系统包括计算设备及采集设备，所述采集设备包括压力计单元、变形计单元、框架、设置在所述框架上的三个相互垂直的定位圈体、设置在所述定位圈体上的水准气泡仪及与所述框架任意一顶点连接的测量件，所述测量件的自由端设置有指北针，其中，所述框架为一六面体框架，所述压力计单元及变形计单元设置在所述框架上，所述压力计单元包括设置在所述框架三个相互垂直的三角形表面上的三个压力计，所述变形计单元包括设置在所述框架另外三个相互垂直的三角形表面上的三个变形计，所述方法包括：

通过所述水准气泡仪检测所述定位圈体是否放置平衡；

根据所述水准气泡仪的读数对所述定位圈体的水平度进行调整以使所述定位圈体放置平衡；

通过所述压力计单元获取冰体内部任意一点的主应力参数，并将所述主应力参数发送给所述计算设备；

通过所述变形计单元获取冰体内部任意一点的主应变参数，并将所述主应变参数发送给所述计算设备；

通过所述指北针测量获得所述框架的走向及倾向信息，并将所述框架的走向及倾向信息发送给所述计算设备；

所述计算设备根据所述主应力参数、主应变参数及框架的走向与倾向对冰体的受力情况进行分析，以对所述系统所处的冰川的运动进行估测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述压力计单元获取冰体内部任意一点的主应力参数，并将所述主应力参数发送给所述计算设备的步骤包括：

每个压力计将其检测获得的冰体内部任意一点的压力数据发送给所述计算设备；

所述计算设备根据三个相互垂直的压力数据分析得到冰体内部任意一点的主应力参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过所述变形计单元获取冰体内部任意一点的主应变参数，并将所述主应变参数发送给所述计算设备的步骤包括：

每个变形计将其检测获得的冰体内部任意一点的变形数据发送给所述计算设备；

所述计算设备根据三个相互垂直的变形数据分析得到冰体内部任意一点的主应变参数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述定位圈体上还设置有电子测角仪，在将所述定位圈体放置平衡后，所述方法还包括：

通过所述电子测角仪检测获得所述框架的移动数据，并将所述框架的移动数据发送给所述计算设备。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述测量件上还设置有刻度，所述方法还包括：

通过所述刻度测量获得所述框架相对冰体表面的上下运动信息，并将所述框架相对冰体表面的上下运动信息发送给所述计算设备。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算设备根据所述主应力参数、主应变参数及框架的走向与倾向对冰体的受力情况进行分析，以对所述系统所处的冰川的运动进行估测的步骤包括：

所述计算设备根据所述主应力参数、主应变参数、框架的移动数据、框架的走向及倾向信息及框架相对冰体表面的上下运动信息对冰体的受力情况进行分析，以对所述采集设备所处的冰川的运动进行估测。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述采集设备放置在待检测的冰体内，并用原地的冰屑进行回填。

8.一种采用权利要求1-7中任意一项所述的冰体内应力形变检测方法进行冰体内应力及形变检测的系统，其特征在于，所述系统包括通信连接的采集设备及计算设备，

所述采集设备用于采集获取冰体内部任意一点的主应力参数、主应变参数及框架的走向与倾向，其中，所述采集设备设置在待测冰体内；

所述计算设备用于根据所述主应力参数、主应变参数及框架的走向与倾向对冰体的受力情况进行分析，以对所述系统所处的冰川的运动进行估测。