CN110895188A - 泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的量测系统和测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的量测系统，该系统装置由三个子系统构成，磁场发射系统，磁场接收系统，监测数据处理系统。磁场发射系统埋入石块模型，包含具有一定磁场大小的磁铁装置和自重感应器，自重感应器确保磁场的方向不会改变，磁场两极总是垂直于泥石流模型槽的两个侧墙。磁场接收系统包含闭合导线阵列、感应小灯泡阵列和履带转动系统，履带转动系统使闭合导线在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流使得小灯泡发光。监测数据处理系统包含高速相机、分析电脑和图像分析软件，高速相机记录小灯泡的发光程度，照片传送至分析电脑，基于图像分析软件，根据区域的发光程度可以确定石块模型的平面坐标位置的变化。
Description
技术领域
本发明是一种泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的量测设备，具体是指在泥石流模型槽中量测石块的二维轨迹。
背景技术
泥石流具有突发性强、流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。发生泥石流常常会冲毁公路铁路等交通设施，有时甚至会冲毁村镇造成巨大损失。如何有效治理泥石流已成为目前的研究热点，大量研究学者通过开展泥石流模型槽试验，掌握泥石流的运动规律，提出有针对性的治理措施。泥石流流动过程中，固相物质的运动轨迹是试验的重点观测对象，如果仅通过泥石流模型槽的玻璃侧墙对固相物质进行拍照观测，受到液相和临近固相物质的影响无法对具体的石块进行准确追踪。此外，玻璃侧墙的摩擦也会使得观测数据受到影响。建立一个从物质内部观测石块运动轨迹的量测方法，对泥石流研究至关重要，有助于建立泥石流的有效治理方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的量测法系统和测量方法，该设备可以准确的量测石块的运动轨迹，且原理清晰、构筑简单，施工操作易于实现。
本发明采用如下技术方案：
泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的量测系统，包括：磁场发射系统，磁场接收系统，监控数据处理系统；
所述磁场发射系统埋入围岩介质中，包含具有一定磁场大小的磁铁装置和自重感应器；
所述磁场接收系统包含闭合导线阵列、感应小灯泡阵列和履带转动系统，利用履带转动系统使闭合导线在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流使得小灯泡发光；
所述监测数据处理系统包含高速相机、分析电脑和图像分析软件，高速相机拍照记录小灯泡的发光程度，照片传送至分析电脑，基于图像分析软件，根据区域发光程度的不同以确定石块模型的平面坐标位置的变化。
在一较佳实施例中：所述磁铁装置的两极垂直于泥石流模型槽的两个侧墙，当石块模型发生移动时，由于自重感应器的调整，使得磁铁装置的两极始终垂直于泥石流模型槽的两个侧墙。
在一较佳实施例中：所述闭合导线按照一定的阵列分布在两块隔板的中间，闭合导线的形状为矩形框。
在一较佳实施例中：所述履带转动系统用于驱动闭合导线阵列做同步旋转，该系统通过履带实现每一个的闭合导线的同步旋转，控制履带的线速度可以使得所有闭合导线同步匀速转动或者同步匀加速转动。
在一较佳实施例中：所述监测数据处理系统通过高速相机对隔板上的小灯泡阵列进行拍摄，在块石下落过程中，应拍摄足够多的照片，以完整记录块石的运动轨迹。
在一较佳实施例中：图像分析通过拍摄的一系列数码照片，分析出每张照片上的亮度分布值，从而确定出隔板上小灯泡相对最亮的区域，进而确定出石块模型的平面位置。
一种基于如上所述的新型泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的测量方法，包括以下步骤：
步骤1：在泥石流模型槽进行模拟试验，在石块模型中埋入一块磁铁，该磁铁有一定的磁场强度；进行泥石流模型实验时，石块模型会沿模型槽下落。
步骤2：在泥石流模型槽侧墙外的一个平面上布置闭合导线阵列与感应小灯泡阵列，在不改变磁场强度的情况下，由慢至快去转动闭合导线，闭合导线在磁场中做切割磁感线运动，从而产生感应电流，石块位置所对应的小灯泡会在感应小灯泡阵列中的亮度达到最大值。
步骤3：通过分析电脑和图像分析软件，对比出高速相机所拍摄的一系列照片，分析出每张照片记录的隔板上灯泡最亮的区域，进而得到一条灯泡最亮区域的二维变化路径，最终确定石块模型的二维位置的变化。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本明发通过简单的物理实验原理，能够有效的模拟监测出石块模型在泥石流槽中的二维运动轨迹，为理论研究提供了丰富的数据支撑，有助于建立泥石流的有效治理方法。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的俯视图；
其中：1、磁场发射系统，2、磁场接收系统，3、监测数据处理系统，11、自重感应器，12、磁铁装置，21、履带转动系统，22、闭合导线阵列，23、感应小灯泡阵列。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1和图2，一种泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的量测系统，该系统装置由三个子系统构成，磁场发射系统1，磁场接收系统2，监测数据处理系统3。该磁场发射系统1包括自重感应器11和磁铁装置12；该磁场接收系统2包括履带转动系统21、闭合导线阵列22、感应小灯泡阵列23。
参照图2，磁场发射系统1埋入石块模型中，磁铁装置12使得石块模型具有一定的磁场，并且自重感应器11使得磁铁的两极始终垂直于泥石流槽的侧墙。闭合导线阵列22位于两块隔板中间，且隔板平行于泥石流槽侧墙并离开侧墙一定距离，履带转动系统21将闭合导线阵列22一一连接在一起；感应小灯泡阵列23排列在远离模型槽的隔板上与闭合导线阵列22一一对应。当石块模型在泥石流槽中运动时，记录不同时刻下感应小灯泡阵列23的发光程度，经过监测数据处理系统3得出一条石块模型的二维轨迹变化图。
具体的测量方法，包括以下步骤：
步骤1：在泥石流模型槽进行模拟试验，在石块模型中埋入一块磁铁，该磁铁有一定的磁场强度；进行泥石流模型实验时，石块模型会沿模型槽下落。
步骤2：在泥石流模型槽侧墙外的一个平面上布置闭合导线阵列与感应小灯泡阵列23，在不改变磁场强度的情况下，由慢至快去转动闭合导线，闭合导线在磁场中做切割磁感线运动，从而产生感应电流，石块位置所对应的小灯泡会在感应小灯泡阵列23中的亮度达到最大值。
步骤3：通过分析电脑和图像分析软件，对比出高速相机所拍摄的一系列照片，分析出每张照片记录的隔板上灯泡最亮的区域，进而得到一条灯泡最亮区域的二维变化路径，最终确定石块模型的二维位置的变化。
上文所述，仅为本发明较佳的实施范例，不能依此限定本发明实施的范围。即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (7)
1.泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的量测系统，其特征在于包括：磁场发射系统，磁场接收系统，监控数据处理系统；
所述磁场发射系统埋入围岩介质中，包含具有一定磁场大小的磁铁装置和自重感应器；
所述磁场接收系统包含闭合导线阵列、感应小灯泡阵列和履带转动系统，利用履带转动系统使闭合导线在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流使得小灯泡发光；
所述监测数据处理系统包含高速相机、分析电脑和图像分析软件，高速相机拍照记录小灯泡的发光程度，照片传送至分析电脑，基于图像分析软件，根据区域发光程度的不同以确定石块模型的平面坐标位置的变化。
2.根据权利要求1所述的泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的量测系统，其特征在于：所述磁铁装置的两极垂直于泥石流模型槽的两个侧墙，当石块模型发生移动时，由于自重感应器的调整，使得磁铁装置的两极始终垂直于泥石流模型槽的两个侧墙。
3.根据权利要求1所述的泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的量测系统，其特征在于：所述闭合导线按照一定的阵列分布在两块隔板的中间，闭合导线的形状为矩形框。
4.根据权利要求1所述的新型监控泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的量测系统，其特征在于：所述履带转动系统用于驱动闭合导线阵列做同步旋转，该系统通过履带实现每一个的闭合导线的同步旋转，控制履带的线速度可以使得所有闭合导线同步匀速转动或者同步匀加速转动。
5.根据权利要求1所述的泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的量测系统，其特征在于：所述监测数据处理系统通过高速相机对隔板上的小灯泡阵列进行拍摄，在块石下落过程中，应拍摄足够多的照片，以完整记录块石的运动轨迹。
6.根据权利要求5所述的泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的量测系统，其特征在于：图像分析通过拍摄的一系列数码照片，分析出每张照片上的亮度分布值，从而确定出隔板上小灯泡相对最亮的区域，进而确定出石块模型的平面位置。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的新型泥石流模型槽中石块的二维运动轨迹的测量方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：在泥石流模型槽进行模拟试验，在石块模型中埋入一块磁铁，该磁铁有一定的磁场强度；进行泥石流模型实验时，石块模型会沿模型槽下落。
步骤2：在泥石流模型槽侧墙外的一个平面上布置闭合导线阵列与感应小灯泡阵列，在不改变磁场强度的情况下，由慢至快去转动闭合导线，闭合导线在磁场中做切割磁感线运动，从而产生感应电流，石块位置所对应的小灯泡会在感应小灯泡阵列中的亮度达到最大值。
步骤3：通过分析电脑和图像分析软件，对比出高速相机所拍摄的一系列照片，分析出每张照片记录的隔板上灯泡最亮的区域，进而得到一条灯泡最亮区域的二维变化路径，最终确定石块模型的二维位置的变化。
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