CN111239022A - 一种检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置及方法 - Google Patents
一种检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种检测赫尔‑肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置，包括密封摄影棚、赫尔‑肖氏盛颗粒玻片架、无影灯、CCD相机和数据处理系统；赫尔‑肖氏盛颗粒玻片架上安装有N个赫尔‑肖氏盛颗粒玻片；N个赫尔‑肖氏盛颗粒玻片是厚度相同，但其中的颗粒试样的密实度不一样；无影灯设置在赫尔‑肖氏盛颗粒玻片架的正上方，CCD相机设置在赫尔‑肖氏盛颗粒玻片的正下方并通过通讯接口与数据处理系统相连；数据处理系统包括安装在一台计算机中的图像识别软件，用于接收、记录和处理来自于CCD相机的数据，并以图片的透光程度作为判别指标来辨别统一厚度薄颗粒层的孔隙率。本发明可用于检验赫尔‑肖氏薄板中干燥颗粒试样的密实程度及其均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及水利及岩土工程试验技术领域，特别涉及一种配合赫尔-肖氏渗流侵蚀试验的颗粒试样密实度检验方法。
背景技术
试样初始密实均匀程度会对试验结果有直接影响。现有赫尔-肖氏薄板试验，是在颗粒试样填装完成后直接开展试验，没有对试样的密实程度及均匀性进行任何检验。试验结果表明：无论在吹气、还是注入液体的外力作用下，试样通常都会优先从初始缺陷处率先破坏。这种因为没有对试样的密实程度和均匀性进行检验，而由试样初始缺陷而导致的试验失败，严重影响了本领域的科研进步。
为得到精确的试验结果，急需提出一种试样均匀及密实程度的检验装置及方法，在试验前对试样进行科学的量化标定。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提出一种基于透光度的赫尔-肖氏薄板中均匀颗粒密实度及均匀性的检验装置及方法，本发明所述方法首次提出用透光度标定薄层颗粒试样的试验方法，具有巨大的科研意义。
本发明的一个目的在于提出一种合理、可行的赫尔-肖氏薄板试样检验方法。通过此装置标定试样的密实及均匀程度以避免因初始缺陷而导致的试验失败，从而解决了赫尔-肖氏薄板试验薄颗粒层试样密实度及均匀性不可检验的问题，完善了赫尔-肖氏薄板试验方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置，包括一密封摄影棚，在所述密封摄影棚内设有光源、CCD相机和一圆形的赫尔-肖氏盛颗粒玻片架；所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架顶部的板面上设有N个用于嵌装赫尔-肖氏盛颗粒玻片的安装卡槽；每个安装卡槽中均嵌装有一个赫尔-肖氏盛颗粒玻片；所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片包括盒体，所述盒体设有抽拉式的盖板；所述光源为无影灯，所述无影灯设置在所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架的正上方，所述无影灯的直径尺寸与所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架的尺寸相符；所述CCD相机设置在所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片的正下方，所述CCD相机的镜头朝向所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片，所述CCD相机通过通讯接口连接至一数据处理系统；所述数据处理系统包括安装在一台计算机中的图像识别软件，所述数据处理系统接收、记录和处理来自于所述CCD相机的数据。
进一步讲，本发明所述的的检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置，其中，所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架由刚性不透光材质制作，所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架的顶部板面上的N个安装卡槽的大小和形状相同，并与所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片中的盒体的外形相配合。
所述盒体具有相对的两个平行的侧壁，两个侧壁的内表面上设有位置对正的插拔槽，所述盖板与所述插拔槽滑动配合，以实现盒体的打开或关闭。
所述盒体和盖板的材料均为玻璃钢透明材料。
所述盒体的高度为0.5～3.0mm。
N个赫尔-肖氏盛颗粒玻片的盒体的高度相同。
所述无影灯固定于所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架以上的3cm高度位置。
所述CCD相机采集图片的光线仅为所述无影灯穿过赫尔-肖氏盛颗粒玻片所得到的光线。
同时，本发明还提出了利用上述检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置的方法步骤包括：
步骤一、连接整个装置；
步骤二、制作N个厚度一致并盛满有颗粒试样的赫尔-肖氏盛颗粒玻片，每个赫尔-肖氏盛颗粒玻片中颗粒试样的密实度不同；
步骤三、将步骤二制作好的N个盛满有颗粒试样的赫尔-肖氏盛颗粒玻片分别嵌装在赫尔-肖氏盛颗粒玻片架上的每个安装卡槽内；
步骤四、对整个试验装置进行调整后，利用CCD相机得到上述N个赫尔-肖氏盛颗粒玻片的图像；CCD相机采集和保存图片，然后，将图片信息传送至数据处理系统；
步骤五、利用计算机内安装的图像识别软件对接收到的来自于CCD相机的、与每个赫尔-肖氏盛颗粒玻片对应的图片进行二值化处理，得出每幅图片的亮度，然后结合每个赫尔-肖氏盛颗粒玻片的高度得到其中颗粒试样的孔隙度。
进一步讲，本发明所述的检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的方法，步骤二的过程如下：
将盒体上的盖板抽拉开，在其上方5cm高度处向盒体内抛撒颗粒试样，洒满后，把盖板推入插拔槽内，盖好盖板的同时将多余颗粒试样推出，至此，制作完成了一个赫尔-肖氏盛颗粒玻片；重复上述过程制备N个赫尔-肖氏盛颗粒玻片，其中，每次使用的盒体的高度一致，每次抛撒颗粒试样的高度以5cm递增。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的利用光学原理检测赫尔-肖氏薄板中薄层均匀颗粒孔隙率的试验装置，由无影灯提供光源，利用CCD相机及数据处理系统采集图像，并结合图像识别软件处理数据，从而利用透光度来标定薄层颗粒试样的孔隙度，在给定厚度和得知亮度的情况下，精确的得知赫尔-肖氏薄板试样(砂土颗粒试样)的密实度，实现赫尔-肖氏薄板中干燥颗粒试样的密实程度及均匀程度检测，可解决因试样初始缺陷而导致的试验失败问题，对完善赫尔-肖氏薄板试验具有重要意义。
附图说明
图1为本发明检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置的结构示意图；
图2为图1中所示赫尔-肖氏盛颗粒玻片架的俯视图；
图3-1为图1中所示赫尔-肖氏盛颗粒玻片的主视图；
图3-2是图3-1所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片的俯视图；
图3-3是图3-1所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片的侧视图。
图中：
1-赫尔-肖氏盛颗粒玻片架 2-无影灯 3-CCD相机
4-数据处理系统 5-密封摄影棚 6-赫尔-肖氏盛颗粒玻片
7-颗粒试样 8-插拔槽 9-抽拉式盖板
10-盒体
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1和图2所示，本发明提出的是一种利用光学原理检测赫尔-肖氏薄板中薄层均匀颗粒孔隙率的试验装置，包括密封摄影棚5，光源、CCD相机3、一圆形的赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1和数据处理系统4；所述光源采用无影灯2；所述密封摄影棚5为专业摄影棚，所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1、无影灯2和CCD相机3均置于密封摄影棚5内。
所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1由刚性不透光材质制作，所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1顶部的板面上设有N个用于嵌装赫尔-肖氏盛颗粒玻片6的安装卡槽，N个安装卡槽的大小和形状相同，每个安装卡槽中均嵌装有一个赫尔-肖氏盛颗粒玻片6；所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片6包括盒体10，所述盒体10设有抽拉式的盖板9，所述盒体10和盖板9的材料均为玻璃钢透明材料；所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1上的安装卡槽与所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片6中的盒体10的外形相配合。N个赫尔-肖氏盛颗粒玻片6的盒体10的高度相同，从而形成统一尺寸的单体盛薄颗粒单元。本发明以适用于赫尔-肖氏薄板，所述盒体10的高度为0.5～3.0mm。如图3-1、图3-2和图3-3所示，所述盒体10具有相对的两个平行的侧壁，两个侧壁的内表面上设有位置对正的插拔槽8，所述盖板9与所述插拔槽8滑动配合，以实现盒体10的打开或关闭。
本发明中，所述无影灯2设置在所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1的正上方，并固定于所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1以上的3cm高度位置，用于提供稳定、可重复、均匀光源。所述无影灯2的直径尺寸与所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1的尺寸相符。
所述CCD相机3设置在所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片6的正下方，所述CCD相机3的镜头朝向所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片6，所述CCD相机3通过通讯接口与所述数据处理系统4相连；所述密封摄影棚5可以保证所述CCD相机3采集图片的光线仅为所述无影灯2穿过赫尔-肖氏盛颗粒玻片6所得到的光线。
所述数据处理系统4实现图像接收及图像识别，其包括安装在一台计算机中的图像识别软件，所述数据处理系统4接收、记录和处理来自于所述CCD相机3的数据。
实施例：
本实施例中，在赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1的顶部面板上在周向上均布有六个(N＝6，)安装卡槽，可以装配有六个赫尔-肖氏薄板颗粒样玻片6，无影灯2为整个系统的唯一光源，且放置于赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1上方3cm处，六个赫尔-肖氏薄板颗粒样玻片6所在的圆周的直径小于上部无影灯2所发出光线照射的区域直径，从而确保上部无影灯2所发出光线仅能从盛颗粒玻片范围内通过。CCD相机3放置于赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1的正下方并通过数据线与数据处理系统4相连接用于采集、处理图像。上述所有的器件，除数据处理系统4外均置于密封摄影棚5内以排除外部光线的干扰。
具体试验过程包括以下步骤：
步骤一、连接整个装置：将赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1置于密封摄影棚5内，将无影灯2固定在该赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1上方3cm处，在该赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1下方放置CCD相机3，所述CCD相机3的镜头朝向赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1，并将CCD相机3与数据采集系统4相连接。
步骤二、制作N个厚度一致并盛满有颗粒试样7的赫尔-肖氏盛颗粒玻片6，每个赫尔-肖氏盛颗粒玻片6中颗粒试样7的密实度不同；具体过程是：将盒体10上的盖板9抽拉开，在其上方5cm高度处向盒体10内抛撒颗粒试样7，洒满后，把盖板9推入插拔槽8内，盖好盖板9的同时将多余颗粒试样7推出，至此，制作完成了一个赫尔-肖氏盛颗粒玻片6；重复上述过程制备N个赫尔-肖氏盛颗粒玻片6，其中，每次使用的盒体10的高度一致，每次抛撒颗粒试样7的高度以5cm递增。六个赫尔-肖氏盛颗粒玻片6中的盒体10高度一致(即赫尔-肖氏薄板的厚度一样)，从不同高度抛撒形成的六个盛满有颗粒试样7的赫尔-肖氏盛颗粒玻片6，虽然厚度一样，但其中的颗粒试样的密实度不一样。
步骤三、将步骤二制作好的N个盛满有颗粒试样7的赫尔-肖氏盛颗粒玻片6分别嵌装在赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1上的每个安装卡槽内；
步骤四、对整个试验装置进行调整：首先，确保赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1水平放置，不得倾斜；其次要保证无影灯2、赫尔-肖氏盛颗粒玻片架1、CCD相机3三者对齐，中心位置处于同一铅锤线上；调整无影灯2亮度为80％，色温为5000K，调整CCD相机3的焦距，保证得到大小合适、图像清晰的包括有六个赫尔-肖氏盛颗粒玻片6的图像，完成图像采集过程，CCD相机3保存图片后将图片信息传送至数据处理系统4的计算机中；
步骤五、利用计算机内安装的图像识别软件对接收到的来自于CCD相机3的、与每个赫尔-肖氏盛颗粒玻片6对应的图片进行二值化处理，得出每幅图片的亮度，因为，赫尔-肖氏盛颗粒玻片6厚度一样的情况下，颗粒试样7密实度不同而导致对应图片的亮度不同，颗粒试样7密实度越高，对应的图片亮度越低，即颗粒试样的孔隙度越大，其密实度越低，否则反之，因此，根据每片赫尔-肖氏盛颗粒玻片6的厚度和对应图像的亮度，确定了与每幅图片对应的颗粒试样7的孔隙度后，再根据密实度与孔隙度的关系，最终可以反映了砂土(即颗粒试样7)的密实度。
本发明中如何使用图像识别软件对图片进行处理，最终根据图片亮度得到与该图片对应的颗粒试样的孔隙度属于本领域公知常识，在此不再赘述。
综上，本发明利用光学原理，可以定量描述和检验赫尔-肖氏薄板中砂层试样的厚度或孔隙度，以图片的透光程度作为判别指标来辨别统一厚度薄颗粒层的孔隙率，在给定赫尔-肖氏薄板中砂层试样的厚度、进而得知亮度的情况下，最终可以获得砂土的密实度，本发明考虑均匀密实粉颗粒在不同密实度下的透光程度差异，通过标定透光度确定试样密实度，可用于检验赫尔-肖氏薄板中干燥颗粒试样的密实程度及其均匀性，主要适用于赫尔-肖氏薄板渗流侵蚀试验的颗粒样品量化检验。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置，包括一密封摄影棚(5)，在所述密封摄影棚(5)内设有光源、CCD相机(3)和一圆形的赫尔-肖氏盛颗粒玻片架(1)；其特征在于，
所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架(1)顶部的板面上设有N个用于嵌装赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)的安装卡槽；每个安装卡槽中均嵌装有一个赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)；
所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)包括盒体(10)，所述盒体(10)设有抽拉式的盖板(9)；
所述光源采用无影灯(2)，所述无影灯(2)设置在所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架(1)的正上方，所述无影灯(2)的直径尺寸与所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架(1)的尺寸相符；
所述CCD相机(3)设置在所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)的正下方，所述CCD相机(3)的镜头朝向所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)，所述CCD相机(3)通过通讯接口连接至一数据处理系统(4)；
所述数据处理系统(4)包括安装在一台计算机中的图像识别软件，所述数据处理系统(4)接收、记录和处理来自于所述CCD相机(3)的数据。
2.根据权利要求1所述的的检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置，其特征在于，所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架(1)由刚性不透光材质制作，所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架(1)的顶部板面上的N个安装卡槽的大小和形状相同，并与所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)中的盒体(10)的外形相配合。
3.根据权利要求1所述的检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置，其特征在于，所述盒体(10)具有相对的两个平行的侧壁，两个侧壁的内表面上设有位置对正的插拔槽(8)，所述盖板(9)与所述插拔槽(8)滑动配合，以实现盒体(10)的打开或关闭。
4.根据权利要求1或3所述的检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置，其特征在于，所述盒体(10)和盖板(9)的材料均为玻璃钢透明材料。
5.根据权利要求4所述的检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置，其特征在于，所述盒体(10)的高度为0.5～3.0mm。
6.根据权利要求4所述的检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置，其特征在于，N个赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)的盒体(10)的高度相同。
7.根据权利要求1所述的检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置，其特征在于，所述无影灯(2)固定于所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架(1)以上的3cm高度位置。
8.根据权利要求1所述的检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置，其特征在，所述CCD相机(3)采集图片的光线仅为所述无影灯(2)穿过赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)所得到的光线。
9.一种检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的方法，其特征在于，利用如权利要求1所述检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的试验装置，步骤包括：
步骤一、连接整个装置；
步骤二、制作N个厚度一致并盛满有颗粒试样(7)的赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)，每个赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)中颗粒试样(7)的密实度不同；
步骤三、将步骤二制作好的N个盛满有颗粒试样(7)的赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)分别嵌装在赫尔-肖氏盛颗粒玻片架(1)上的每个安装卡槽内；
步骤四、对整个试验装置进行调整后，利用CCD相机(3)得到上述N个赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)的图像；CCD相机(3)采集和保存图片，然后，将图片信息传送至数据处理系统(4)；
步骤五、利用计算机内安装的图像识别软件对接收到的来自于CCD相机(3)的、与每个赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)对应的图片进行二值化处理，得出每幅图片的亮度，然后结合每个赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)的高度得到其中颗粒试样(7)的孔隙度。
10.根据权利要求9所述的检测赫尔-肖氏薄板中颗粒孔隙率的方法，其中，步骤二的过程如下：
将盒体(10)上的盖板(9)抽拉开，在其上方5cm高度处向盒体(10)内抛撒颗粒试样(7)，洒满后，把盖板(9)推入插拔槽(8)内，盖好盖板(9)的同时将多余颗粒试样(7)推出，至此，制作完成了一个赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)；
重复上述过程制备N个赫尔-肖氏盛颗粒玻片(6)，其中，每次使用的盒体(10)的高度一致，每次抛撒颗粒试样(7)的高度以5cm递增。
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