CN202770854U - 一种测量泥沙启动流速的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种泥沙启动流速测量装置，包括B超仪和流速仪，B超仪探头置于水面处，流速仪的探头置于水中，B超仪通过图像采集卡和计算机相连，流速仪和计算机通信接口相连。本实用新型采用B超成像仪，对启动流速测量试验的河床边界和悬移沙粒直接成像，获取泥沙粒子运动的直观视频图像信息，通过分析床面附近悬移粒子浓度的变化特征，结合流速仪测得的流速，最终给出泥沙的启动流速。具有定量、客观、一致和快速的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于河工测量技术领域，涉及一种泥沙启动流速的测量装置。
背景技术
在河工模型试验中，泥沙启动流速的测量对于泥沙运移规律的研究具有十分重要的意义。泥沙启动是指在一定的水流条件下，泥沙由静止转为运动的现象。然而，现有泥沙启动流速测量的方法还比较落后，主要依靠人工观察的方法，即由人工调整试验水槽中的流速，并通过人工目视观察试验水槽床面泥沙的启动情况，进而判定是否达到泥沙的启动流速。这种方法存在以下问题：1、受人为因素影响较大，不同人员、不同的习惯、不同光照条件可能得出不同临界启动流速；2、缺乏合理的、定量的、客观一致的判别依据，人为随意性很大。3、受水流透明性影响较大。在含沙水流中往往会有很多微小的尘粒，长时间悬浮在水中，尤其是流动的水中，使得水体混浊，实验人员根本无法看清床面泥沙的运动情况，因而无法判定泥沙的启动状态。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种测量泥沙启动流速的装置。
由于超声波在水下有很好的传导性，而且高频超声波对水中的粒子较为敏感，借助于B型超声扫描方式，只要选择合适的超声频率，进行水下二维成像，可以获得河床界面及其附近的悬浮沙粒的的实时图像信号。依据这些粒子的光斑图像信号可以分析判定泥沙的启动状况。虽然图像中的粒子的大小可能会有一定失真，但足以反映悬移粒子的存在和粒子的浓度变化情况，为分析判定泥沙的启动状态提供足够的信息。
实验证明，在泥沙临界启动流速附近，河床界面悬移沙粒的浓度有一个显著的增加的过程，这为通过B超成像准确判定泥沙的启动状况提供了有效特征。
定义术语：
粒子浓度：每帧图像所含悬移粒子的数目，用N表示。
基础浓度：静水中每帧图像所含悬移粒子浓度，用N0表示。
水流速度：用V表示，单位cm/s。
浓度变化率：ΔN/ΔV， 用U表示。
相对浓度： N/(N0)， 用S表示。
根据不同沙质多次实验结果和数据的统计分析，可以建立以下基于B超成像的泥沙启动流速的判定法则：
1、粒子浓度N显著增加到基础浓度N0的4~5倍以上且N>30；
2、粒子浓度的相对变化率达到150颗/cm/s以上。
以上两个条件同时满足对应的最小流速即为泥沙的启动流速。
本实用新型所提供的泥沙启动流速测量装置，包括B超仪和流速仪，B超仪的探头置于水面处，流速仪的探头置于水中， B超成像仪通过图像采集卡和计算机相连，流速仪和计算机通信接口相连。
所述流速仪可以为旋桨流速仪、ADV流速仪或电磁流速仪等常用流速仪。
使用上述装置，测量泥沙启动流速的方法为：
、逐步增加流速，测量并记录悬浮粒子浓度及其变化率；
本实用新型采用B超成像仪，对启动流速测量试验的河床边界和悬移沙粒直接进行成像，获取泥沙粒子运动的直观视频图像信息，通过分析床面附近悬移粒子浓度的变化特征，结合流速仪测得的流速，最终给出泥沙的启动流速。具有定量、客观、一致和快速的优点。
附图说明
图1泥沙启动流速测量装置结构示意图，其中：1-B超仪，2-流速仪，3-图像采集卡，4-计算机。
具体实施方式
一种泥沙启动流速测量装置，包括B超仪1和流速仪2，B超仪1的探头置于水面处，流速仪2的探头置于水中， B超仪1通过图像采集部卡3和计算机4相连，流速仪2和计算机4相连。
流速仪可以采用旋桨式流速仪。计算机中安装启动分析处理软件。实验供水系统控制流速按阶梯方式逐级缓慢增加，每个阶段流速维持时间可根据需要事先设定。旋桨流速仪实时监测对应流速。B超仪对水下悬浮沙粒和河床地形实时扫描成像，图像采集卡采集B超仪的视频图像信号并转换成计算机能接收的数据图像文件，传送给计算机，计算机从流速仪中读取实施流速，同时利用启动流速分析软件，提取河床地形并统计分析悬移粒子颗粒浓度N0 和N及其变化特征，计算N/N0和ΔN/ΔV，根据设定的判据，判定特征值是否如满足：
N/N0>4且N>30
ΔN/ΔV>150
满足，则达到泥沙启动状态，记录对应流速即为泥沙的启动流速，试验停止。不满足则控制实验系统加大流速，继续测量直至满足上述判定条件为止。
上述使用过程中，旋桨流速可以换成ADV流速仪或电磁流速仪，工作过程相同。
Claims (2)
1.一种泥沙启动流速测量装置，其特征在于，包括B超仪（1）和流速仪（2），B超仪的探头（1）置于水面处，流速仪（2）的探头置于水中， B超仪（1）通过图像采集卡（3）和计算机（4）相连，流速仪（2）和计算机（4）通信接口相连。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述流速仪为旋桨流速仪、ADV流速仪或电磁流速仪。
Priority Applications (1)
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| CN 201220436758 CN202770854U (zh) | 2012-08-30 | 2012-08-30 | 一种测量泥沙启动流速的装置 |
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| CN202770854U true CN202770854U (zh) | 2013-03-06 |
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| CN (1) | CN202770854U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103669279A (zh) * | 2013-12-05 | 2014-03-26 | 重庆交通大学 | 一种大水深河床泥沙运动观测系统 |
| CN104568376A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-04-29 | 重庆交通大学 | 通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法以及系统 |
| CN114739629A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-07-12 | 武汉大学 | 一种泥沙起动流速测量装置 |
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2012
- 2012-08-30 CN CN 201220436758 patent/CN202770854U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN104568376B (zh) * | 2014-11-28 | 2017-03-29 | 重庆交通大学 | 通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法以及系统 |
| CN114739629A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-07-12 | 武汉大学 | 一种泥沙起动流速测量装置 |
| CN114739629B (zh) * | 2022-04-13 | 2023-01-17 | 武汉大学 | 一种泥沙起动流速测量装置 |
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