CN112697391A - 一种观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置，其包括：透明旋转水槽，内部装有悬浮液，所述悬浮液的底部具有水下碎屑流；所述透明旋转水槽沿其水平轴线进行旋转；投光灯，设置在所述透明旋转水槽的正下方；固定支架，与所述投光灯相连接，所述固定支架能够调节所述投光灯的高度和发光角度；成像设备，与所述透明旋转水槽的侧面位置相对应。本发明能观测到悬浮液和水下碎屑流的清晰界面，尤其是能观测到水下碎屑流的头部和尾部形态，形成比较完整的水下碎屑流形态观测结果；同时，本发明还具有方法巧妙、结构简单、制作方便、成本低廉的优势。

Description

一种观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置
技术领域
本发明涉及岩土及地质技术领域，尤其涉及一种观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置。
背景技术
旋转水槽可用于制作水下碎屑流(又称为水下泥石流)。在水下碎屑流上方的水体会生成悬浮液，该悬浮液的密度大，直接影响了对水下碎屑流的观测，导致无法准确观测水下碎屑流的形态。
目前的观测方法是：在室内照明条件下或在水槽壁面强光条件下，利用悬浮液和碎屑流表面散射的原理，即光线从壁面射入悬浊液和碎屑流然后经过颗粒的散射之后再从壁面射出。由于经悬浊液和碎屑流的表面散射之后光线强度的减弱程度不同，从而判断出两者的界面，进而观测水下碎屑流的形态。然而，该方法有如下两个缺点：其一，观测到悬浊液和碎屑流的界面模糊，尤其是往往难于判断碎屑流的头部和尾部，导致观测到的水下碎屑流不完整。其二，观测到的碎屑流形态只是靠近水槽壁面的形态，是一个二维的形态，无法观测离表面有一定距离的碎屑流的形态，即三维的形态。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能完整观测水下碎屑流的三维形态的观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置。
一种观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置，其包括：
透明旋转水槽，内部装有悬浮液，所述悬浮液的底部具有水下碎屑流；所述透明旋转水槽沿其水平轴线进行旋转；
投光灯，设置在所述透明旋转水槽的正下方，所述投光灯发出的光线从所述透明旋转水槽的底部进入到所述透明旋转水槽中，并经所述水下碎屑流和悬浮液中的悬浮颗粒散射后，从所述透明旋转水槽的侧壁射出；
固定支架，与所述投光灯相连接，所述固定支架能够调节所述投光灯的高度和发光角度；
成像设备，与所述透明旋转水槽的侧面位置相对应，所述成像设备能够从多个角度记录所述水下碎屑流形态。
在其中一个实施例中，所述投光灯的外缘上设有灯罩，所述灯罩位于所述透明旋转水槽的底部外侧。
在其中一个实施例中，所述灯罩采用不透光板材制作组成。
在其中一个实施例中，所述投光灯包括多个灯珠，多个所述灯珠呈弧形分布，所述弧形的位置与所述透明旋转水槽的底部位置相适配。
在其中一个实施例中，所述弧形的直径与所述透明旋转水槽的直径相等。
在其中一个实施例中，所述成像设备为相机、手机或摄影机。
在其中一个实施例中，所述透明旋转水槽的侧壁和底部均采用5mm厚的有机玻璃制作而成。
上述观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置，通过在所述透明旋转水槽的正下方设置投光灯，投光灯发出的光线从透明旋转水槽的底部进入到透明旋转水槽中，并经水下碎屑流和悬浮液中的悬浮颗粒散射后，从旋转水槽的侧壁射出，成像设备则能够在旋转水槽的侧面多个角度记录水下碎屑流形态，其能观测到悬浮液和水下碎屑流的清晰界面，尤其是能观测到水下碎屑流的头部和尾部形态，形成比较完整的水下碎屑流形态观测结果；同时，本发明观测到的水下碎屑流形态可以是三维的，即可以观测离表面有一定距离的水下碎屑流的形态；以及本发明还具有方法巧妙、结构简单、制作方便、成本低廉的优势。
附图说明
图1是本发明的观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参阅图1所示，本发明一实施例提供一种观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置，包括透明旋转水槽1、悬浮液2、水下碎屑流3、投光灯4、固定支架5和成像设备6。
具体地，透明旋转水槽1内部装有悬浮液2，所述悬浮液2的底部具有水下碎屑流3；所述透明旋转水槽1沿其水平轴线进行旋转；
进一步地，投光灯4设置在所述透明旋转水槽1的正下方，所述投光灯4发出的光线从所述透明旋转水槽1的底部进入到所述透明旋转水槽1中，并经所述水下碎屑流3和悬浮液2中的悬浮颗粒散射后，从所述透明旋转水槽1的侧壁射出；
进一步地，固定支架5与所述投光灯4相连接，所述固定支架5能够调节所述投光灯4的高度和发光角度；在本实施例中，所述固定支架5立于所述透明旋转水槽1的正下方，通过调节投光灯4的高度和发光角度，使投光灯4正对透明旋转水槽1的槽底。在发明的其他本实施例中，所述固定支架5也可以设置在所述透明旋转水槽1的侧边，其只要能实现调节投光灯4的高度和发光角度的功能即可。
需要说明的是，本实施例中的固定支架5的底部可以设置底座，例如：十字形、圆盘形底座等。在一个实施例中，固定支架5可以通过螺纹杆和套筒的相互配合，改变固定支架5的整体长度，从而调节投光灯4的高度。以及，通过在固定支架5顶部设置转头等零部件调节投光灯4的发光角度。
进一步地，成像设备6与所述透明旋转水槽1的侧面位置相对应，所述成像设备6能够从多个角度记录所述水下碎屑流3形态。在一个实施例中，所述成像设备6是可移动设备，可以从多个角度记录水下碎屑流形态的观测结果。例如：所述成像设备6可以是相机、手机、摄影机等，从多个角度记录水下碎屑流形态的观测结果，从而获得水下碎屑流地三维观测结果。
需要说明的是，对水下碎屑流形态的观测，现有技术是根据流体的表面散射的原理，而本发明是根据流体内部的颗粒物质的散射原理，实现水下碎屑流形态的观测。具体地，上述观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置，通过在所述透明旋转水槽1的正下方设置投光灯4，投光灯4发出的光线从透明旋转水槽1的底部进入到透明旋转水槽1中，并经水下碎屑流3和悬浮液2中的悬浮颗粒散射后，从旋转水槽1的侧壁射出，成像设备6则能够在旋转水槽1的侧面多个角度记录水下碎屑流形态，其能观测到悬浮液2和水下碎屑流3的清晰界面，尤其是能观测到水下碎屑流3的头部和尾部形态，形成比较完整的水下碎屑流形态观测结果；同时，本发明观测到的水下碎屑流形态可以是三维的，即可以观测离表面有一定距离的水下碎屑流的形态；以及本发明还具有方法巧妙、结构简单、制作方便、成本低廉的优势。
在一个实施例中，所述投光灯4的外缘上设有灯罩7，所述灯罩7位于所述透明旋转水槽1的底部外侧。所述灯罩7可以遮挡光线外溢，避免干扰观察者的视线，可选地，所述灯罩7采用不透光板材制作组成，不透光板材尺寸根据灯具尺寸、距离透明旋转水槽1的远近做调整(本实施例中，灯罩7高度为投光灯4的镜面宽度、不透光板材的厚度为3mm、材质为铝材)。可选地，灯罩7可采用螺接、焊接、卡接等方式固定在投光灯4的外缘上。
在一个实施例中，所述投光灯4包括多个灯珠，多个所述灯珠呈弧形分布，所述弧形的位置与所述透明旋转水槽1的底部位置相适配。所述弧形的直径与所述透明旋转水槽1的直径相等。具体地，所述投光灯4采用LED光源，LED光源的灯珠呈弧形分布，根据透明旋转水槽1直径的尺寸，选择灯珠的数量。若采用两个或两个以上的投光灯4，将这些投光灯4呈弧形分布形成投光灯组，可选地，所述投光灯4的型号可以为海阁拉斯HC-TG01-100W。
在一个实施例中，所述透明旋转水槽1的侧壁和底部均采用5mm厚的有机玻璃制作而成。如此，可便于采用功率较低的投光灯4，节省成本。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置，其特征在于，包括：
透明旋转水槽，内部装有悬浮液，所述悬浮液的底部具有水下碎屑流；所述透明旋转水槽沿其水平轴线进行旋转；
投光灯，设置在所述透明旋转水槽的正下方，所述投光灯发出的光线从所述透明旋转水槽的底部进入到所述透明旋转水槽中，并经所述水下碎屑流和悬浮液中的悬浮颗粒散射后，从所述透明旋转水槽的侧壁射出；
固定支架，与所述投光灯相连接，所述固定支架能够调节所述投光灯的高度和发光角度；
成像设备，与所述透明旋转水槽的侧面位置相对应，所述成像设备能够从多个角度记录所述水下碎屑流形态。
2.如权利要求1所述的观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置，其特征在于，所述投光灯的外缘上设有灯罩，所述灯罩位于所述透明旋转水槽的底部外侧。
3.如权利要求2所述的观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置，其特征在于，所述灯罩采用不透光板材制作组成。
4.如权利要求1所述的观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置，其特征在于，所述投光灯包括多个灯珠，多个所述灯珠呈弧形分布，所述弧形的位置与所述透明旋转水槽的底部位置相适配。
5.如权利要求3所述的观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置，其特征在于，所述弧形的直径与所述透明旋转水槽的直径相等。
6.如权利要求1所述的观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置，其特征在于，所述成像设备为相机、手机或摄影机。
7.如权利要求1所述的观测旋转水槽内的水下碎屑流形态的实验装置，其特征在于，所述透明旋转水槽的侧壁和底部均采用5mm厚的有机玻璃制作而成。
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