CN206387694U - 一种统计分析水中泥沙颗粒粒径大小的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种统计分析水中泥沙颗粒粒径大小的试验装置，包括模型水槽实验系统、视频图像采集与处理系统、电机控制搅拌系统；所述模型水槽实验系统包括水槽、放置在所述水槽内的沙粒和水流；所述视频图像采集与处理系统包括依次连接的B超探头、B超仪、视频图像采集卡和计算机；所述电机控制搅拌系统包括转轴、搅拌器、步进电机和用于固定所述转轴和搅拌器的固定支撑装置，所述转轴的一端连接在固定支撑装置上，一端与搅拌器相连接，所述搅拌器由步进电机驱动。本实用新型具有直观可视、实时性好的优点，通过B超仪对水流沙粒进行超声成像，分析B超图像中的沙粒成像光斑及其大小和分布情况，实现对水中沙粒粒径大小的统计分析。

Description

一种统计分析水中泥沙颗粒粒径大小的试验装置

技术领域

本实用新型属于模型试验测量技术领域，特别涉及一种统计分析泥沙颗粒粒径大小的试验装置。

背景技术

泥沙颗粒的粒径大小及其级配情况具有多样性和随机性，会影响实际工程中有关泥沙参数的测量和模型试验中沙水混合物的统计分析，对泥沙运动的机理和沙水混合物的两相运动具有重要的意义。目前，泥沙粒径大小及其级配情况主要是通过国外引进的激光粒度仪来实现的。这种仪器设备价格昂贵，对自然水流中和混水情况下的泥沙颗粒进行统计分析具有一定的局限性。另外，在实际工程测量和模型实验当中，由于泥沙颗粒的材质、形状和大小各不相同及颗粒所在位置的水流条件各不相同，从而进一步加大了对水中泥沙颗粒粒径大小进行统计分析的难度。由于B超仪对水流具有很好的穿透性，也对水中的泥沙可以具有较高的分辨率，因此采用B超仪对水流泥沙进行超声成像，然后统计分析B超图像中沙粒成像光斑颗粒的大小，从而实现水中泥沙颗粒粒径大小的统计分析。于是，提出一种利用B超仪进行超声成像的试验装置，为河工模型试验中水中泥沙颗粒的统计分析提供了一张简单易用的实用途径，促进了泥沙颗粒统计分析的发展。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种统计分析水中泥沙颗粒粒径大小的试验装置。

B超仪对水流具有很好的穿透性，可以对水中的泥沙颗粒可以进行超声成像。当水中泥沙颗粒较少时，B超仪对水中沙粒的成像光斑具有较高的分辨率。事实证明，水中沙粒的成像光斑与实际泥沙颗粒具有一一对应的关系。因此，采用B超仪对水流泥沙进行超声成像，然后统计分析B超图像中的沙粒成像光斑及其光斑大小和分布情况，从而实现水中泥沙颗粒粒径大小的统计分析。

本实用新型所提供的一种统计分析水中泥沙颗粒粒径大小的试验装置，包括模型水槽实验系统、视频图像采集与处理系统、电机控制搅拌系统；所述模型水槽实验系统包括水槽、放置在所述水槽内的沙粒和水流；所述视频图像采集与处理系统包括依次连接的B超探头、B超仪、视频图像采集卡和计算机；所述电机控制搅拌系统包括转轴、搅拌器、步进电机和用于固定所述转轴和搅拌器的固定支撑装置，所述转轴的一端连接在固定支撑装置上，一端与搅拌器相连接，所述搅拌器由步进电机驱动。

优选的，所述固定支撑装置包括水平固定杆、垂直固定杆和固定杆底座，垂直固定杆一端与固定杆底座相连接，另一端与水平固定杆相连接，所述转轴连接在水平固定杆上。

优选的，所述搅拌器设置在B超探头侧方。

优选的，所述B超探头为凸阵探头或者线阵探头。

优选的，所述水槽为圆形。

本实用新型采用B超仪对水中的泥沙颗粒进行成像，通过电机控制搅拌系统来实现水中泥沙颗粒的均匀分布，以防过多泥沙颗粒的沉淀和聚集，然后获得多个水中泥沙颗粒悬浮运动的B超图像。然后对B超图像中的沙粒成像光斑大小和分布情况进行统计分析，从而实现实际水中的泥沙颗粒粒径大小及其分布情况的统计分析，进而得到泥沙颗粒的粒径大小和级配情况。该装置能够直接观测水泥沙颗粒的成像光斑大小及其分布情况，直观可视。

附图说明

图1为本实用新型的结构图；

其中1-水槽、2-沙粒、3-水流、4-B超探头、5-B超仪、6-视频图像采集卡、7-计算机、8-转轴、9-搅拌器、10-步进电机、11-水平固定杆、12-垂直固定杆、13-固定杆底座、14-固定支撑装置。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括模型水槽实验系统、视频图像采集与处理系统、电机控制搅拌系统。

(1)水槽1、沙粒2和水流3组成模型水槽实验系统，圆形水槽1内装入一定量的水并把沙粒2撒入水流3中。水槽1设置为圆形，在搅拌器9的带动下水流3特性稳定单一，能够使沙粒2在水流3中的分布更加均匀，水中悬浮运动的沙粒2为B超成像统计分析的对象。

(2) B超探头4、B超仪5、视频图像采集卡6和计算机7组成水流泥沙的视频图像采集与处理系统，通过数据线依次连接B超探头4、B超仪5和计算机7，手动将B超探头4置于圆形水槽1的水流3中，在B超仪中可以直观观测沙粒2的成像，视频图像采集卡6采集B超仪5实时获取的视频图像，并传输给计算机上的视频图像处理软件（为现有软件）；计算机7处理沙粒2运动情况的视频图像，并对图像中的沙粒2成像光斑大小和分布情况进行统计分析。

(3)转轴8、搅拌器9、步进电机10、固定支撑装置14组成电机控制搅拌系统。固定支撑装置14包括水平固定杆11、垂直固定杆12和固定杆底座13，垂直固定杆12一端与固定杆底座13相连接，另一端与水平固定杆11相连接，所述转轴8连接在水平固定杆11上。固定支撑装置14用于固定转轴8和搅拌器9的位置和方向，通过步进电机10发出控制信号使转轴8带动搅拌器9均匀转动。将搅拌器9置于圆形水槽1的水流3中，搅拌器9转动可以实现水中泥沙颗粒的均匀分布，以防过多泥沙颗粒的沉淀和聚集。

实验过程中利用B超仪5不断多次地采集水中沙粒2的视频图像，并通过视频图像采集卡6采集到的图像传输给计算机7分析处理，通过计算机7统计分析沙粒2在水中多次运动而形成的超声成像光斑大小及其分布情况，从而实现水中沙粒2粒径大小及其分布情况的统计分析。

本实用新型一种统计分析水中泥沙颗粒粒径大小的试验装置比较方便简单地解决水中沙粒粒径大小的统计分析问题。通过电机控制搅拌系统时水中沙粒保持悬浮运动，在利用B超仪对水中悬浮沙粒不断进行超声成像分析，通过统计分析水中沙粒成像光斑的大小和分布情况从而实现了水中沙粒粒径大小的统计分析。该装置为河工模型试验中水中沙粒的统计分析提供了一张简单易用的实用途径。

Claims (5)

1.一种统计分析水中泥沙颗粒粒径大小的试验装置，其特征在于：包括模型水槽实验系统、视频图像采集与处理系统、电机控制搅拌系统；所述模型水槽实验系统包括水槽(1)、放置在所述水槽（1）内的沙粒(2)和水流(3)；所述视频图像采集与处理系统包括依次连接的B超探头(4)、B超仪(5)、视频图像采集卡(6)和计算机(7)；所述电机控制搅拌系统包括转轴(8)、搅拌器(9)、步进电机(10)和用于固定支撑所述转轴(8)和搅拌器(9)的固定支撑装置（14），所述转轴(8)的一端连接在固定支撑装置（14）上，一端与搅拌器（9）相连接，所述搅拌器（9）由步进电机(10)驱动。

2.根据权利要求1所述的一种统计分析水中泥沙颗粒粒径大小的试验装置，其特征在于：所述固定支撑装置（14）包括水平固定杆(11)、垂直固定杆(12)和固定杆底座(13)，垂直固定杆(12)一端与固定杆底座(13)相连接，另一端与水平固定杆(11)相连接，所述转轴（8）连接在水平固定杆（11）上。

3.根据权利要求2所述的一种统计分析水中泥沙颗粒粒径大小的试验装置，其特征在于：所述搅拌器（9）设置在B超探头(4)侧方。

4.根据权利要求3所述的一种统计分析水中泥沙颗粒粒径大小的试验装置，其特征在于：所述B超探头(4)为凸阵探头或者线阵探头。

5.根据权利要求1所述的一种统计分析水中泥沙颗粒粒径大小的试验装置，其特征在于：所述水槽为圆形。