一种基于室内实验环境的土体位移监测采集设备及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于室内实验环境的土体位移监测采集设备及方法，该设备包括模型试验箱(1)、数据采集系统，数据接收系统和数据转换系统，所述数据采集系统包括具有拍照或摄像功能设备(4)和照明装置(5)，模型试验箱(1)的正面设有有机玻璃板(2)，在有机玻璃板(2)设有网格(10)，数据采集系统下方设有支座(6)，数据采集系统通过导线(7)与数据接收系统连接，数据接收系统由采集装置(8)和电脑(9)组成，采集装置(8)与电脑(9)通过导线(7)连接。本发明具有改善实验监测环境，降低监测难度的特点，适合推广应用。
【专利说明】一种基于室内实验环境的土体位移监测采集设备及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于岩土工程室内实验设备【技术领域】，涉及一种基于室内实验环境的土体 位移监测采集设备及方法。
【背景技术】
[0002] 土工室内模型实验，是岩土工程课题广泛采用的研究方法。土体位移沉降观测是 土工实验的主要测试参数，其结果是分析土体应力分布及地下结构物力学性能的主要影响 因素。现有的土体位移测试仪器是针对工程现场实验的数据测量，仪器量程较大，利用其在 室内实验环境下直接读取实验数据，导致室内实验数据测试精度低。室内模型实验测试数 据较小，忽视测试精度因素，仪器误差导致实验测试数据与实际偏差过大甚至数据错误。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种基于室内实验环境的土体 位移监测采集设备及方法，将利用采集系统将实验中土体位移沉降的监测图形存储到数据 接收系统中，通过编制数据转换程序，将土体沉降图形上沉降点的像素坐标提取，得到便于 实验后期处理的数据文本，将实验观测图像转换成数据文件输出，该套采集设备填补现有 室内土工实验测试仪器空白，降低实验监测难度，提高实验数据测试精度和处理效率。其具 体技术方案为：
[0004] 一种基于室内实验环境的土体位移监测采集设备，包括模型试验箱1、数据采集系 统，数据接收系统和数据转换系统，所述数据采集系统包括具有拍照或摄像功能设备4和 照明装置5,模型试验箱1的正面设有有机玻璃板2,在有机玻璃板2设有网格10,通过可视 的有机玻璃板2实现对模型试验箱1中位移观测点3进行数据采集。数据采集系统下方设 有支座6,数据采集系统通过导线7与数据接收系统连接，数据接收系统由采集装置8和电 脑9组成，采集装置8与电脑9通过导线7连接。数学软件编制数据转换程序组成数据转 换系统，可获得在数据转换程序内的标尺11中的位移观测点3与有机玻璃板上网格线10 的垂直距离，进而生成实验监测数据文件。
[0005] 优选地，所述数据采集系统的支座的固定方式为支撑，吸附或悬挂。
[0006] 优选地，所述具有拍照或摄像功能设备可以是电脑摄像头，相机，硬盘录像机，或 其他能捕捉到影像的数码设备。
[0007] 优选地，所述照明装置为有拍照或摄像功能设备自带的闪光灯，或外置光源，LED 灯等。
[0008] 优选地，所述的采集装置可以是多插口 USB或USB HUB等。
[0009] 一种基于室内实验环境的土体位移监测采集方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤1 : 土体位移监测采集设备的安装调试。在室内试验完成模型试验箱和有机 玻璃板安装，并在土体埋设位移观测点后，安装调试土体位移监测采集设备，包括数据采集 系统的固定，与数据接收系统的连接，数据转换系统的调试；
[0011] 步骤2 :位移观测点初始位移的采集。依据实验目的，在模型试验箱内填土达到指 定高度并达到压实度标准后，埋设位移观测点，通过数据采集系统采集此时各观测点的初 始位移图像，并传输到数据接收系统，启动数据转换程序，程序显示位移观测点与有机玻璃 板上网格线的相对位置图像，鼠标点取图像上的网格线和位移观测点，两处的像素坐标差 即为位移观测点距离网格线的初始位移数据文件File (0);
[0012] 步骤3 :随实验填土高度增加的位移观测点的位移采集。跟进实验进程，模型试 验箱内填土达到指定高度a(a代表填土高度，单位：m)并达到压实度标准后，通过数据采 集系统采集此时各观测点的位移图像，并传输到数据接收系统，启动数据转换程序，程序显 示该填土高度条件下位移观测点与有机玻璃板上网格线的相对位置图像，鼠标点取图像上 的网格线和位移观测点，两处的像素坐标差即为位移观测点距离网格线的位移数据文件 File(a)，将各观测点的数据文件File(a)与File(O)中数据对应相减，得到该填土高度条 件下位移观测点的位移数据；
[0013] 步骤4 :重复步骤3的过程，直至试验终止，生成位移观测点的数据文件。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0015] (1)改善现有室内实验环境条件下，土体位移测试仪器缺少的现状。（2)替代采用 工程现场实验的数据监测仪器，提高土体等散体材料室内位移实验的监测数据精度。（3)改 善实验监测环境，降低监测难度。将本套监测采集设备固定调试后，实验人员只需在电脑前 面操作即可完成监测图像到数据的转换过程，获取实验结果，而无需到实验场地现场量取 沉降位移数值。（4)提高数据处理的效率。数据采集系统将图像传输到数据接收系统后，启 动数据转换系统，每个位移观测点的位移值只需鼠标在电脑屏幕上点取两点，即可得出位 移数据，数据处理的时间大大缩短。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明实施例中基于室内实验环境的土体位移监测采集设备的结构示意 图；
[0017] 图2是图1的A-A剖面示意图；
[0018] 图3是图1的数据转换程序界面示意图；
[0019] 图4是本发明基于室内实验环境的土体位移监测采集方法的流程示意图。
[0020] 图中所示：1_模型试验箱、2-有机玻璃板、3-位移观测点、4-拍照或摄像功能设 备、5-照明装置、6-支座、7-导线、8-采集装置、9-电脑、10-网格、11-数据转换程序内的标 尺。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
[0022] -种基于室内环境的土体位移监测采集设备，室内岩土实验中土体沉降位移通过 具有拍照或摄像功能设备和照明装置组成的数据采集系统采集成图像，各位移观测点的沉 降位移图像存储到数据接收系统电脑内，基于数学软件编制电脑程序构成数据转换系统核 心，鼠标拾取程序显示的位移图像中观测点与有机玻璃板上网格线的像素坐标进而计算出 沉降位移数据。
[0023] 为进一步实现本发明的目的，所述数据采集系统的固定方式可以是支撑，吸附或 悬挂三种方式。所述具有拍照或摄像功能设备可以是电脑摄像头，相机，硬盘录像机，或其 他能捕捉到影像的数码设备等。所述照明装置可以是有拍照或摄像功能设备自带的闪光 灯，或外置光源，LED灯等。所述的采集装置可以是多插口 USB或USB HUB等。
[0024] 如图1所示，数据采集系统包含具有拍照或摄像功能设备4和照明装置5,该系统 将室内实验环境土体位移观测点3的初始位移和随填土高度增加后观测点的位移变化采 集成图像文件，通过采集装置9传输到数据接收系统终端电脑10中，数学软件编制电脑程 序构成数据转换系统核心，鼠标拾取程序显示的位移图像中观测点与有机玻璃板上网格线 的像素坐标进而计算出沉降位移数据。
[0025] 室内实验环境土体位移监测在模型试验箱1内完成，模型试验箱侧面刚性约束， 在箱体正面装配有机玻璃板2观察实验现象和获取实验数据图像。有机玻璃板上绘制网格 10,作为各位移观测点的局部参考坐标系。
[0026] 土体位移监测采集设备的数据采集系统采用三种方式固定，即支撑在地面，悬挂 固定轨道或吸附到模型试验箱正面有机玻璃板上。数据采集系统连接到采集装置并最终连 接到数据接收系统终端电脑。
[0027] 依据实验目的，在土层指定位置埋设位移观测点，通过数据采集系统采集观测点 的初始位移图像（.jpg，. bmp等格式），传输到数据接收系统，启动数据转换系统，利用数学 软件MATLAB编程，鼠标拾取数据转换程序内标尺11中的观测点与有机玻璃板上网格线的 像素坐标，两处像素坐标差生成各观测点的初始位移数据文件（.txt，.xl S等格式）。跟随 实验进程，模型试验箱内填土达到一定高度，再次采集各观测点的位移图像，传输到数据接 收系统，启动数据转换系统，获取各观测点的位移数据文件，与初始位移数据文件对应数值 相减，得到各观测点在此填土高度条件下的位移数据。重复此过程直至实验终止。
[0028] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，本发明的保护范围不限于此，任何熟 悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简 单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种基于室内实验环境的土体位移监测采集设备，包括模型试验箱（1)、数据采集 系统，数据接收系统和数据转换系统，所述数据采集系统包括具有拍照或摄像功能设备（4) 和照明装置（5)，模型试验箱（1)的正面设有有机玻璃板（2)，在有机玻璃板（2)设有网格 (10)，数据采集系统下方设有支座（6)，数据采集系统通过导线（7)与数据接收系统连接， 数据接收系统由采集装置（8)和电脑（9)组成，采集装置（8)与电脑（9)通过导线（7)连 接。
2. 根据权利要求1所述的基于室内实验环境的土体位移监测采集设备，其特征在于， 所述数据采集系统的支座的固定方式为支撑，吸附或悬挂。
3. 根据权利要求1所述的基于室内实验环境的土体位移监测采集设备，其特征在于， 所述具有拍照或摄像功能设备为电脑摄像头，相机，硬盘录像机，或其他能捕捉到影像的数 码设备。
4. 根据权利要求1所述的基于室内实验环境的土体位移监测采集设备，其特征在于， 所述照明装置为有拍照或摄像功能设备自带的闪光灯，或外置光源，LED灯。
5. 根据权利要求1所述的基于室内实验环境的土体位移监测采集设备，其特征在于， 所述的采集装置为多插口 USB或USB HUB。
6. -种基于室内实验环境的土体位移监测采集方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1 : 土体位移监测采集设备的安装调试；在室内试验完成模型试验箱和有机玻璃 板安装，并在土体埋设位移观测点后，安装调试土体位移监测采集设备，包括数据采集系统 的固定，与数据接收系统的连接，数据转换系统的调试； 步骤2 :位移观测点初始位移的采集；依据实验目的，在模型试验箱内填土达到指定高 度并达到压实度标准后，埋设位移观测点，通过数据采集系统采集此时各观测点的初始位 移图像，并传输到数据接收系统，启动数据转换程序，程序显示位移观测点与有机玻璃板上 网格线的相对位置图像，鼠标点取图像上的网格线和位移观测点，两处的像素坐标差即为 位移观测点距离网格线的初始位移数据文件File (0); 步骤3 :随实验填土高度增加的位移观测点的位移采集；跟进实验进程，模型试验箱内 填土达到指定高度a，a代表填土高度，单位：m，并达到压实度标准后，通过数据采集系统采 集此时各观测点的位移图像，并传输到数据接收系统，启动数据转换程序，程序显示该填土 高度条件下位移观测点与有机玻璃板上网格线的相对位置图像，鼠标点取图像上的网格线 和位移观测点，两处的像素坐标差即为位移观测点距离网格线的位移数据文件File (a)，将 各观测点的数据文件File(a)与File(O)中数据对应相减，得到该填土高度条件下位移观 测点的位移数据； 步骤4 :重复步骤3的过程，直至试验终止，生成位移观测点的数据文件。
【文档编号】G01B11/02GK104154865SQ201410418104
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】范鹤, 宁宝宽, 范泽 申请人:沈阳工业大学