CN219084342U - 一种桌面级智能水槽试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种桌面级智能水槽试验装置。水槽呈长方体设置，水槽的一侧短边内壁上固定连接有消波组件，水槽内远离消波组件的一端设置有造波机，水槽内设置有试验区，水槽正对的两个长边上分别开设有通孔，两个通孔内均固定连接有若干个连接钢架且两个通孔内的连接钢架正对设置，通孔内固定连接有玻璃板，玻璃板与连接钢架固定连接，一个通孔内的连接钢架上内嵌有标尺，另一个通孔内的连接钢架内设置有升降组件，升降组件固定连接有摄像头固定架，摄像头固定架可拆卸连接有波高采集摄像头，每一个波高采集摄像头均与一个标尺相对设置。本实用新型可放置于桌面上，扩展性强，造波和测量精度高，采集数据简单便利，操作智能，维护成本低。

Description

一种桌面级智能水槽试验装置

技术领域

本实用新型涉及水利工程物理模型教学试验技术领域，特别是涉及一种桌面级智能水槽试验装置。

背景技术

水利物理模型试验凭借着直观、能够真实反映自然运动规律、可操作性强等优势，成为探究自然界物体运动变化规律的重要手段。而试验水槽装置是进行水利物理模型试验的重要承载工具，是水利专业学生实验和教学不可缺少的装置设备之一。波浪水槽可以很便利地造出水利工程、船舶与海洋工程、港口航道与海岸工程等专业中常见波浪，在观察波浪运动形态变化及其与建筑物的相互作用关系，水沙运动方面起到了显著的作用，并提供了良好的条件来帮助学生了解和掌握其中的动力学特征，从而很好地服务于教学及研究实验。

相对于面向专业科研和社会服务的实验设施，面向教学的实验水槽主要服务于教学，兼顾部分基础科研实验，要求总体设备占用空间小，操作简单便捷，维护成本低。但现有的波浪研究及教学工作需要动用大型仪器设备，设备占地面积大，需要较多的实验人员，波浪生成能耗大，用时长，效率低。同时试验过程中采用接触式测量方法，布置仪器繁琐，影响教学演示及试验效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种桌面级智能水槽试验装置，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种桌面级智能水槽试验装置，包括水槽，所述水槽呈长方体设置，所述水槽的一侧短边内壁上固定连接有消波组件，所述水槽内远离所述消波组件的一端设置有造波机，所述水槽内设置有试验区，所述试验区靠近所述消波组件设置，所述水槽正对的两个长边上分别开设有通孔，两个所述通孔内均固定连接有若干个连接钢架且两个所述通孔内的所述连接钢架正对设置，所述通孔内固定连接有玻璃板，所述玻璃板与所述连接钢架固定连接，一个所述通孔内的所述连接钢架上内嵌有标尺，另一个所述通孔内的所述连接钢架内设置有升降组件，所述升降组件固定连接有摄像头固定架，所述摄像头固定架可拆卸连接有波高采集摄像头，每一个所述波高采集摄像头均与一个所述标尺相对设置。

优选的，在设置有所述升降组件的所述连接钢架上开设有凹槽，所述凹槽的开口方向与所述标尺正对设置，所述升降组件设置在所述凹槽内。

优选的，所述消波组件包括固定框，所述固定框与所述水槽固定连接，所述固定框内设置有海绵层，所述海绵层与所述固定框可拆卸连接。

优选的，所述造波机为低惯性伺服电机驱动的液压推板式造波机，所述造波机与所述水槽的内壁上部固定连接，所述造波机的推波板伸入所述水槽内且不与所述水槽的内壁及底部接触。

优选的，所述升降组件包括电机，所述电机与所述凹槽的内壁顶部固定连接，所述电机的输出端传动连接有丝杠，所述丝杠上滑动连接有滑块，所述滑块远离所述丝杠的一端与所述摄像头固定架固定连接。

优选的，所述水槽的长边为7m，所述水槽的短边为0.25m，所述水槽的高度为0.4m。

优选的，所述造波机电性连接有波控制器，所述波控制器电性连接有造波电脑系统，所述波高采集摄像头通过无线信号连接有波高视频采集电脑系统，所述波控制器、所述造波电脑系统、所述波高视频采集电脑系统均设置在所述水槽外。

优选的，所述波高视频采集电脑系统包括计算机，所述计算机安装有数据处理软件，所述处理软件用于自动处理已采集的数据，所述计算机通过所述无线信号与所述波高采集摄像头传输数据。

本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型的波高视频采集电脑系统采用无接触光学测量技术，无需布置繁琐的采集仪及处理器，采集数据简单便利，操作智能，维护成本低；同时，本实用新型可放置于桌面上，扩展性强，造波和测量精度高，波浪生成研究和实验教学周期短，效率高，能耗低，在波浪传播研究和教学实验中具有较高的应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型侧视结构示意图；

图2为本实用新型俯视结构示意图；

图3为本实用新型通孔处剖视结构示意图；

图4为本实用新型连接钢架结构示意图；

其中，1、造波机；2、波高采集摄像头；3、标尺；4、试验区；5、消波组件；6、波控制器；7、造波电脑系统；8、波高视频采集电脑系统；9、推波板；10、连接钢架；11、玻璃板；12、丝杠；13、滑块；14、电机；15、凹槽；16、限位杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参照图1-4，本实用新型公开了一种桌面级智能水槽试验装置，包括水槽，水槽呈长方体设置，水槽的一侧短边内壁上固定连接有消波组件5，水槽内远离消波组件5的一端设置有造波机1，水槽内设置有试验区4，试验区4靠近消波组件5设置，水槽正对的两个长边上分别开设有通孔，两个通孔内均固定连接有若干个连接钢架10且两个通孔内的连接钢架10正对设置，通孔内固定连接有玻璃板11，玻璃板11与连接钢架固定连接，一个通孔内的连接钢架10上内嵌有标尺3，另一个通孔内的连接钢架10内设置有升降组件，升降组件固定连接有摄像头固定架，摄像头固定架可拆卸连接有波高采集摄像头2，每一个波高采集摄像头2均与一个标尺3相对设置。两块玻璃板11相对的侧面与所述水槽的内壁齐平，使水槽内的水体运动不受影响，并通过玻璃板11能够方便的观察水槽内的情况；波高采集摄像头2采用60fps自动对焦的无线摄像头，波高采集摄像头2能够进行自动的对焦，实时采集波浪的高度、波面的空间形态和水槽内的水位，造波机1能够实时的高效的调整所需波浪高度，并通过升降组件控制波高采集摄像头2的升降，有效提高了测量的精度。

本实用新型的波高视频采集电脑系统8采用无接触光学测量技术，无需布置繁琐的采集仪及处理器，采集数据简单便利，操作智能，维护成本低；同时，本实用新型采用模块化装配，结构简单，占地面积小，可放置于桌面上，扩展性强。

本实用新型能够模拟各类波形，进行多种海岸动力学及水利模型的演示及专业实验，包括波浪三要素测量实验、波浪传播浅水变形实验、波浪下的泥沙运动实验、岛礁实验、防波堤实验及波浪荷载对桩柱作用力实验等；本实用新型的造波和测量精度高，波浪生成研究和实验教学周期短，效率高，能耗低，在波浪传播研究和教学实验中具有较高的应用价值。

进一步优化方案，在设置有升降组件的连接钢架10上开设有凹槽15，凹槽15的开口方向与标尺3正对设置，升降组件设置在凹槽15内。凹槽15的开口方向与标尺3正对设置，波高采集摄像头2能够与标尺3正对，使波高采集摄像头2能够精准的测量波高。

进一步优化方案，消波组件5包括固定框，固定框与水槽固定连接，固定框内设置有海绵层，海绵层与固定框可拆卸连接。通过海绵层能够有效的吸收波浪能量，有效的防止波浪产生反射，使波浪呈现出单向稳定线性波。

进一步优化方案，造波机1为低惯性伺服电机驱动的液压推板式造波机，造波机1与水槽的内壁上部固定连接，造波机1的推波板9伸入水槽内且不与水槽的内壁及底部接触。造波机1的伺服电机驱动推波板9在水槽内往复运动进行造波，使波浪能够有效的传递至试验区4的范围。

进一步优化方案，升降组件包括电机14，电机14与凹槽15的内壁顶部固定连接，电机14的输出端传动连接有丝杠12，丝杠12上滑动连接有滑块13，滑块13远离丝杠12的一端与摄像头固定架固定连接。电机14带动丝杠12转动，使滑块13在丝杠12上移动，滑块13带动摄像头固定架升降，摄像头固定架带动波高采集摄像头2升降，能够实时的调整波高采集摄像头2的高度，提高了波高采集摄像头2测量波高和水位的精度。

为了使滑块13能够平稳的升降，滑块13远离摄像头固定架的一端开设有圆孔，所述圆孔内滑动连接有限位杆16，所述限位杆16伸出所述圆孔的两端分别于所述凹槽15的顶部和底部固定连接，丝杠12带动滑块13升降，限位杆16能够有效的使滑块13不随丝杠12转动，使滑块13能够稳定的在丝杠12上升降。

进一步优化方案，为了便于放置在桌面上，水槽的长边为7m，水槽的短边为0.25m，水槽的高度为0.4m。本实用新型的水槽整体结构简单，占地面积小，可放置于桌面上，并且扩展性强。

进一步优化方案，为了便于实时采集数据并实时对数据进行处理，造波机1电性连接有波控制器6，波控制器电性连接有造波电脑系统7，波高采集摄像头2通过无线信号连接有波高视频采集电脑系统8，波控制器6、造波电脑系统7、波高视频采集电脑系统8均设置在水槽外。打开造波电脑系统7的造波系统软件，通过可视化界面设置波浪周期、波高、水深等参数，选择需要模拟的波形，设置完参数后，通过伺服电机驱动造波板来回运动进行造波。

进一步优化方案，波高视频采集电脑系统8包括计算机，计算机安装有数据处理软件，数据处理软件用于自动处理已采集的数据，计算机通过无线信号与波高采集摄像头2传输数据。通过视频识别获得波高，波面及水位变化数据，进而继续调整输入波高，以达到预期需要的入射波高；视频波高的识别通过基于计算机视觉技术的水位实时检测软件进行解析，波高视频采集电脑系统8连接上波高采集摄像头2后，可直接调用视频流或者加载已有的视频文件进行波面的空间形态和水位的实时检测，实时显示所设置检测点位置的波形变化，并将其记录，检测完成后，数据处理软件能够对波浪的周期和波高要素进行数据分析。

工作过程：先将实验模型摆放进试验区4内，并进行固定；再向水槽内放水，直至预定水位停止；将各设备及系统连接供电，打开造波电脑系统7及波控制器6；然后对波高视频采集电脑系统8进行标定，打开波浪数据分析软件，通过无线信号连接波高采集摄像头2，将波高采集摄像头2对准固定于水槽内壁的标尺3，根据实际的尺寸在图像上对应进行标识，标识范围应大于水面的波动范围；标定完成后，打开造波系统软件，通过可视化界面设置波浪周期、波高、水深等参数，选择需要模拟的波形，包括规则波、椭圆余弦波、叠加破碎波、孤立波等，其中，波高设置范围为0.02-0.16米，周期范围为0.6-2秒，平均误差在±5％内；设定完实验参数后，利用伺服电机驱动推波板9来回运动进行造波，并进行率定试验，波浪传播至试验区，通过视频识别获得波高，波面及水位变化数据，进而调整输入波高，以达到预期需要的入射波高；视频波高的识别通过基于计算机视觉技术的水位实时检测软件进行解析，波高视频采集电脑系统8连接上波高采集摄像头2后，可直接调用视频流或者加载已有的视频文件进行波面的空间形态和水位的实时检测，实时显示所设置检测点位置的波形变化，并将其记录，检测完成后能够对波浪的周期和波高要素进行数据分析；待率定试验完成后，确定输入参数，开始正式试验，完成试验后，检查数据完整性，确认无误后，将数据导出，关闭造波设备及系统软件，关闭造波电脑系统7及波高视频采集电脑系统8，并关闭所有电源。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种桌面级智能水槽试验装置，其特征在于：包括水槽，所述水槽呈长方体设置，所述水槽的一侧短边内壁上固定连接有消波组件(5)，所述水槽内远离所述消波组件(5)的一端设置有造波机(1)，所述水槽内设置有试验区(4)，所述试验区(4)靠近所述消波组件(5)设置，所述水槽正对的两个长边上分别开设有通孔，两个所述通孔内均固定连接有若干个连接钢架(10)且两个所述通孔内的所述连接钢架(10)正对设置，所述通孔内固定连接有玻璃板(11)，所述玻璃板(11)与所述连接钢架固定连接，一个所述通孔内的所述连接钢架(10)上内嵌有标尺(3)，另一个所述通孔内的所述连接钢架(10)内设置有升降组件，所述升降组件固定连接有摄像头固定架，所述摄像头固定架可拆卸连接有波高采集摄像头(2)，每一个所述波高采集摄像头(2)均与一个所述标尺(3)相对设置。

2.根据权利要求1所述的桌面级智能水槽试验装置，其特征在于：在设置有所述升降组件的所述连接钢架(10)上开设有凹槽(15)，所述凹槽(15)的开口方向与所述标尺(3)正对设置，所述升降组件设置在所述凹槽(15)内。

3.根据权利要求1所述的桌面级智能水槽试验装置，其特征在于：所述消波组件(5)包括固定框，所述固定框与所述水槽固定连接，所述固定框内设置有海绵层，所述海绵层与所述固定框可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的桌面级智能水槽试验装置，其特征在于：所述造波机(1)为低惯性伺服电机驱动的液压推板式造波机，所述造波机(1)与所述水槽的内壁上部固定连接，所述造波机(1)的推波板(9)伸入所述水槽内且不与所述水槽的内壁及底部接触。

5.根据权利要求2所述的桌面级智能水槽试验装置，其特征在于：所述升降组件包括电机(14)，所述电机(14)与所述凹槽(15)的内壁顶部固定连接，所述电机(14)的输出端传动连接有丝杠(12)，所述丝杠(12)上滑动连接有滑块(13)，所述滑块(13)远离所述丝杠(12)的一端与所述摄像头固定架固定连接。

6.根据权利要求1所述的桌面级智能水槽试验装置，其特征在于：所述水槽的长边为7m，所述水槽的短边为0.25m，所述水槽的高度为0.4m。

7.根据权利要求1所述的桌面级智能水槽试验装置，其特征在于：所述造波机(1)电性连接有波控制器(6)，所述波控制器电性连接有造波电脑系统(7)，所述波高采集摄像头(2)通过无线信号连接有波高视频采集电脑系统(8)，所述波控制器(6)、所述造波电脑系统(7)、所述波高视频采集电脑系统(8)均设置在所述水槽外。

8.根据权利要求7所述的桌面级智能水槽试验装置，其特征在于：所述波高视频采集电脑系统(8)包括计算机，所述计算机安装有数据处理软件，所述处理软件用于自动处理已采集的数据，所述计算机通过所述无线信号与所述波高采集摄像头(2)传输数据。

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