專利名稱：一種測量泥沙啟動流速的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于河工測量技術領域，涉及一種泥沙啟動流速的測量裝置。
背景技術：
在河工模型試驗中，泥沙啟動流速的測量對于泥沙運移規(guī)律的研究具有十分重要的意義。泥沙啟動是指在一定的水流條件下，泥沙由靜止轉為運動的現(xiàn)象。然而，現(xiàn)有泥沙啟動流速測量的方法還比較落后，主要依靠人工觀察的方法，即由人工調整試驗水槽中的流速，并通過人工目視觀察試驗水槽床面泥沙的啟動情況，進而判定是否達到泥沙的啟動流速。這種方法存在以下問題1、受人為因素影響較大，不同人員、不同的習慣、不同光照條件可能得出不同臨界啟動流速；2、缺乏合理的、定量的、客觀一致的判別依據，人為隨意性很大。3、受水流透明性影響較大。在含沙水流中往往會有很多微小的塵粒，長時間懸浮在水中，尤其是流動的水中，使得水體混濁，實驗人員根本無法看清床面泥沙的運動情況，因而無法判定泥沙的啟動狀態(tài)。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種測量泥沙啟動流速的裝置。由于超聲波在水下有很好的傳導性，而且高頻超聲波對水中的粒子較為敏感，借助于B型超聲掃描方式，只要選擇合適的超聲頻率，進行水下二維成像，可以獲得河床界面及其附近的懸浮沙粒的的實時圖像信號。依據這些粒子的光斑圖像信號可以分析判定泥沙的啟動狀況。雖然圖像中的粒子的大小可能會有一定失真，但足以反映懸移粒子的存在和粒子的濃度變化情況，為分析判定泥沙的啟動狀態(tài)提供足夠的信息。實驗證明，在泥沙臨界啟動流速附近，河床界面懸移沙粒的濃度有一個顯著的增加的過程，這為通過B超成像準確判定泥沙的啟動狀況提供了有效特征。定義術語粒子濃度每幀圖像所含懸移粒子的數目，用N表示?；A濃度靜水中每幀圖像所含懸移粒子濃度，用NO表示。水流速度用V表示,單位cm/s。濃度變化率Λ N/Λ V，用U表示。 相對濃度N/ (NO)，用S表示。根據不同沙質多次實驗結果和數據的統(tǒng)計分析，可以建立以下基于B超成像的泥沙啟動流速的判定法則I、粒子濃度N顯著增加到基礎濃度NO的4飛倍以上且Ν>30 ；2、粒子濃度的相對變化率達到150顆/cm/s以上。以上兩個條件同時滿足對應的最小流速即為泥沙的啟動流速。本實用新型所提供的泥沙啟動流速測量裝置，包括B超儀和流速儀，B超儀的探頭置于水面處，流速儀的探頭置于水中，B超成像儀通過圖像采集卡和計算機相連，流速儀和計算機通信接口相連。所述流速儀可以為旋槳流速儀、ADV流速儀或電磁流速儀等常用流速儀。使用上述裝置，測量泥沙啟動流速的方法為I.、從流速為零開始，利用B超儀測量記錄河床界上方水體中懸移粒子濃度；%、逐步增加流速，測量并記錄懸浮粒子濃度及其變化率；f、當懸浮粒子濃度超過靜水中懸浮粒子濃度的4飛倍且N>30，同時粒子濃度的變化率大于150時可以判定此時的流速為泥沙臨界啟動流速，測量此時的流速為泥沙的啟動流速。本實用新型采用B超成像儀，對啟動流速測量試驗的河床邊界和懸移沙粒直接進行成像，獲取泥沙粒子運動的直觀視頻圖像信息，通過分析床面附近懸移粒子濃度的變化特征，結合流速儀測得的流速，最終給出泥沙的啟動流速。具有定量、客觀、一致和快速的優(yōu)

圖I泥沙啟動流速測量裝置結構示意圖，其中I-B超儀，2-流速儀，3-圖像采集卡，4-計算機。
具體實施方式
一種泥沙啟動流速測量裝置，包括B超儀I和流速儀2，B超儀I的探頭置于水面處，流速儀2的探頭置于水中，B超儀I通過圖像采集部卡3和計算機4相連，流速儀2和計算機4相連。流速儀可以采用旋槳式流速儀。計算機中安裝啟動分析處理軟件。實驗供水系統(tǒng)控制流速按階梯方式逐級緩慢增加，每個階段流速維持時間可根據需要事先設定。旋槳流速儀實時監(jiān)測對應流速。B超儀對水下懸浮沙粒和河床地形實時掃描成像，圖像采集卡采集B超儀的視頻圖像信號并轉換成計算機能接收的數據圖像文件，傳送給計算機，計算機從流速儀中讀取實施流速，同時利用啟動流速分析軟件，提取河床地形并統(tǒng)計分析懸移粒子顆粒濃度NO和N及其變化特征，計算Ν/Ν0和△ N/△ V，根據設定的判據，判定特征值是否如滿足Ν/Ν0Μ 且 N>30Λ N/Λ V〉150滿足，則達到泥沙啟動狀態(tài)，記錄對應流速即為泥沙的啟動流速，試驗停止。不滿足則控制實驗系統(tǒng)加大流速，繼續(xù)測量直至滿足上述判定條件為止。上述使用過程中，旋槳流速可以換成ADV流速儀或電磁流速儀，工作過程相同。
權利要求1.一種泥沙啟動流速測量裝置，其特征在于，包括B超儀(I)和流速儀(2)，B超儀的探頭(I)置于水面處，流速儀(2)的探頭置于水中，B超儀(I)通過圖像采集卡(3)和計算機(4 )相連，流速儀(2 )和計算機(4 )通信接口相連。
2.根據權利要求I所述的測量裝置，其特征在于，所述流速儀為旋槳流速儀、ADV流速儀或電磁流速儀。
專利摘要本實用新型涉及一種泥沙啟動流速測量裝置，包括B超儀和流速儀，B超儀探頭置于水面處，流速儀的探頭置于水中，B超儀通過圖像采集卡和計算機相連，流速儀和計算機通信接口相連。本實用新型采用B超成像儀，對啟動流速測量試驗的河床邊界和懸移沙粒直接成像，獲取泥沙粒子運動的直觀視頻圖像信息，通過分析床面附近懸移粒子濃度的變化特征，結合流速儀測得的流速，最終給出泥沙的啟動流速。具有定量、客觀、一致和快速的優(yōu)點。
文檔編號G01P5/00GK202770854SQ201220436758
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權日2012年8月30日
發(fā)明者馬志敏, 胡向陽, 許明, 鄒先堅 申請人:武漢大學