利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统，包括激光源，由激光发射器发出；所述激光发射器置于左河岸子模型或者右河岸子模型的外侧，激光发射器用于将激光源水平射入河工模型的待测位置；反射镜，贴于与激光源相对的一个河岸子模型的外壁；反射镜用于使激光源的反射光平面与入射光平面重合；供回水装置，位于河工模型的进口端；示踪粒子加入设备，位于河工模型的水源进口端，它匀速地加入示踪粒子到流动的水体中；置于河床子模型下端的图像采集装置；以及计算处理装置，其与所述图像采集装置连接，且用于对采集到的图像进行分析、处理得到明渠湍流长结构的计算处理装置。还公开一种利用河工模型测量明渠湍流长结构的方法。
【专利说明】利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量系统及方法，特别涉及一种利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统及方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]河工模型试验是进行河流研究的重要手段，它是以河流中有代表性的一段河道为原型，并按照一定的比例缩小制作成河道模型。不同特征的河道使用不同的河工模型，然后根据实际河流的水流和泥沙状况，在河工模型上复演水流运动和泥沙运动，进而实现对实际河流的模拟。与实际河道的组成结构类似，河工模型的具体结构可以包括河岸子模型和河床子模型；在实际应用中，所述河岸子模型通常是两道模型边墙，所述的河床子模型定床部分通常是设于两道模型边墙之间。目前，人们对河流或者明渠中的水流运动规律、水流或者湍流长的结构还没有一个完全明确的清晰意识，因此在大量的水利工程中，有关明渠端长结构的测量还需要通过河工模型试验来解决。以为以后的水利工程作好一个良好的铺垫和准备。
[0004]目前，也有一些研发单位对明渠的湍流长结构进行测量，他们采取的方法大致如下:增加示踪粒子，他们增加的方法是一次性中入较多的示踪粒子，多次且不连续的增加，这样存在的缺陷是:由于示踪粒子的密度比水大，当水的流动速度较小时，示踪粒子就会逐渐下沉，示踪粒子下沉下河床子底部，如此，不利于测量湍流的测量；当激光对示踪粒子打光时，当工模型较大，测量的范围较大时，激光的强度不够，使拍摄出来的同一图片，它的近激光位置的示踪粒子的亮度大于远激光位置的示踪粒子的亮度，使远激光位置的粒子激光强度严重不足，在后续的对湍流长结构进行计算时，造成计算数据不准。
[0005]
【发明内容】
[0006]针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是:提供了利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统及方法，能够解决激光强度不足、示踪粒子下沉不利于对水体进行示踪的问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统，所述河工模型包括河床子模型以及位于河床子模型两侧的左河岸子模型和右河岸子模型，所述河工模型包括水源进口端和水源出口端，所述测量的系统包括:激光源，由一激光发射器发出；所述激光发射器置于左河岸子模型或者右河岸子模型的外侧，所述激光发射器用于将激光源水平射入河工模型的待测位置；反射镜，贴于与激光源相对的一个河岸子模型的外壁；反射镜用于使激光源的反射光平面与入射光平面重合；供回水装置，位于河工模型的进口端；示踪粒子加入设备，位于河工模型的水源进口端，它匀速地加入示踪粒子到流动的水体中；置于河床子模型下端的图像采集装置；以及计算处理装置，其与所述图像采集装置连接，且用于对采集到的图像进行分析、处理以得到明渠湍流长结构的计算处理装置；所述供回水装置放水后，示踪粒子加入设备将示踪粒子加入至流动的水体中，所述激光源从其中一个河岸子模型水平穿入，它穿过待测位置的流动的水体，将激光打入到反射镜中，所述反射镜将激光再次反射到待测位置以增加待测位置处的激光强度，所述图像采集装置对待测位置的湍流长结构进行采集，并将采集到的数据发送到计算处理装置，所述计算机处理装置对采集数据进行分析、处理以得到待测位置的明渠湍流长结构，其中，所述采集数据为图片。
[0008]进一步的，所述示踪粒子加入设备包括两根搁置杆以及位于两根搁置杆中间且上端开口的箱体，所述箱体的箱底设有由电机带动的转动搅拌装置，在箱底的底部还与一输出管道的接入端相接通，所述输出管道的输出口埋于流动的水体中，在所述输出管道上还增设有控制示踪粒子的流量大小的闸阀；所述示踪粒子加入设备通过两根搁置杆放置于左河岸子模型和右河岸子模型上。
[0009]进一步的，所述输出管道的输出口为直径Imm的细钢针，它埋于水体中。
[0010]进一步的，所述激光发射器具有一个可自由调整高度的底座。
[0011]进一步的，所述计算处理装置还用于将接收到的多张采集图片进行统计，并对每相邻的两张图片进行流场矢量计算，将计算得到的每一个流场矢量制成一张流场瞬时图；还用于将流场瞬时图去重后，按照先后顺序、从右至左依次进行排列，以得到明渠湍流长结构的矢量流场，进一步得到明渠湍流长结构。
[0012]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供一种利用河工模型测量方法明渠湍流长结构的方法，所述河工模型包括河床子模型以及位于河床子模型两侧的左河岸子模型和右河岸子模型，所述河工模型包括水源进口端和水源出口端，包括:确定待测位置及其所在的打光平面；将激光源置于其中一个河岸子模型的外壁，并使它的入射光对准待测位置处的打光平面；在与激光源相对的一个河岸子模型的外壁上贴反射镜，使所述反射镜将激光源反射到待测位置以使反射光平面与入射光平面重合；在河床子模型的外侧面安装图像采集装置；使供回水装置将水放入河工模型中；将示踪粒子加入流动的水体中；使图像采集装置对焦到待测位置并进行采集；使与图像采集装置连接的计算处理装置接收图像采集装置传送的图片；依次将相邻的两张图片进行流场矢量计算，将计算得到的每一个流场矢量制成一张流场瞬时图；将流场瞬时图去重后，按照先后顺序、从右至左依次进行排列，以得到明渠湍流长结构的矢量流场。
[0013]进一步的，在依次将相邻的两张图片进行流场矢量计算的步骤中:将相邻的两张图片分别划分为多个相同的矩形判读窗口，统计出两张图中每一对相同位置的矩形判读窗口中的示踪粒子的量，得到两张图中同一个位置的矩形判读窗口中示踪粒子的变化，得到相邻两张图中同一个位置的矩形判读窗口的一个流场矢量；将每一个流场矢量制成一张流场瞬时图。
[0014]进一步的,在将示踪粒子加入流动的水体中的步骤包括:通过所述示踪粒子加入设备匀速地将示踪粒子加入到流动的水体中，其中，所述示踪粒子加入设备包括两根搁置杆，位于两根搁置杆中间的箱体，所述箱体的箱底设有由电机带动的转动搅拌装置，在箱底的底部还接一输出管道的接入端，所述输出管道的输出口埋于流动的水体中，在所述输出管道上还增设有控制示踪粒子的流量大小的闸阀；所述示踪粒子加入设备通过两根搁置杆放置于左河岸子模型和右河岸子模型上。
[0015]进一步的，所述输出管道的输出口为直径Imm的细钢针，它埋于水体中。
[0016]进一步的，在确定测量位置所处的打光平面的步骤中，分别在左河岸子模型和左河岸子模型上放置两个钢尺，通过钢尺量出测量位置的打光平面。
[0017]本发明的利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统及方法，相比现有技术，能够更清楚的采集到待测量位置的流动的水体，在加入示踪粒子时，能够匀速地、连续不间断地、可调节流速地将示踪粒子加入到流动的水体中。
[0018]
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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。
[0020]图1是本发明利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统一实施例的结构示意图。
[0021]图2是图1中示踪粒子加入设备的结构示意图。
[0022]图3是本发明利用河工模型测量方法明渠湍流长结构的方法一实施例的流程图。
[0023]
【具体实施方式】
[0024]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0025]首先，在对实施例进行描述之前，有必要对本文中出现的一些术语进行解释。例如:
本文中若出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。
[0026]另外，应当理解的是，当提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。
[0027]在本文中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定。除非上下文另外清楚地指出，则单数形式意图也包括复数形式。
[0028]当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。
[0029]关于实施方式:
请参见图1及图2，本发明一实施方式的利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统，所述河工模型包括河床子模型101以及位于河床子模型101两侧的左河岸子模型102和右河岸子模型103，所述河工模型包括水源进口端和水源出口端，所述测量的系统包括:
激光源；由一激光发射器11发出；所述激光发射器11置于左河岸子模型102或者右河岸子模型103的外侧，所述激光发射器11用于将激光源水平射入河工模型的待测位置；本实施方式中，所述激光发射器11采用可自由调节底座高度的激光发射器11，以能够自由地、方便地对准待测量位置
反射镜12，贴于与激光源相对的一个河岸子模型的外壁；反射镜12用于使激光源的反射光平面与入射光平面重合；本实施方式中，在贴反射镜12之前，需要确定待测量位置以及它所处于的激光打光平面；例如:设河工模型的宽为25厘米，高为25厘米，长为11米，那么，设我们想测河工模型中起始长度为2.10米、终止长度为2.20米段为待测位置，那么，我们则需要先确认这个段的待测位置，在待测位置确定好之后，则需要确定该待测位置的激光打光平面，例如，我位想在上述待测位置的高度为4厘米的平面进行打光，则要确定这个打光平面，待所测位置和打光平面确定好之后，将反射镜12贴在这个待测位置相对应的左河岸子模型102或者右河岸子模型103的外壁上，在将反射镜12贴于河岸子模型的外壁后，可以通过调节反射镜12的倾角，以使反射镜12的反射光平面与激光源的入射光平面重合，以增加打光平面的激光强度；当激光发射器11则置于右河岸子模型103的外侧时，反射镜12则贴于左河岸子模型102的外壁，当激光发射器11则置于左河岸子模型102的外侧时，反射镜12则贴于右河岸子模型103的外壁；
供回水装置(图未示出)，位于河工模型的进口端；
示踪粒子加入设备14，位于河工模型的水源进口端，它匀速地将示踪粒子加入到流动的水体中；所述示踪粒子加入设备14包括:两根搁置杆141以及位于两根搁置杆141中间的且上端开口的箱体142，所述箱体142的箱底设有由电机带动的转动搅拌装置143，在箱底的底部还与一输出管道144的接入端相接通，所述输出管道144的输出口埋于流动的水体中，在所述输出管道144上还增设有控制示踪粒子的流量大小的闸阀145 ;所述示踪粒子加入设备14通过两根搁置杆141放置于左河岸子模型102和右河岸子模型103上。其中:所述输出管道144的输出口为Imm的细钢针，它埋于流动的水体中。在使用时，将示踪粒子倒入箱体142,开启电源,使转动搅拌装置143对示踪粒子进行勻速地搅拌,示踪粒子通过输出管道144匀速地流入流动的水体中，在使用之前或者在使用的过程中，可以通过闸阀145对输出量的大小进行调整，以实现可控、可调地、连续地不间断地加入示踪粒子到流动的水体中；
置于河床子模型101下端的图像采集装置15 ;所述图像采集装置15采用CXD相机，它的镜头朝向河床子模型101，在使用时，使CCD相机位于等待测位置的下方的河床子模型101的外壁，调节CCD相机的焦距，使它聚集到待测位置以及激光的打光平面；
以及计算处理装置，其与所述图像采集装置15连接，且用于对采集到的图像进行分析、处理以得到明渠湍流长结构的计算处理装置；所述计算处理装置还用于将接收到的多张采集图片进行统计，并对每相邻的两张图片进行流场矢量计算，将计算得到的每一个流场矢量制成一张流场瞬时图；还用于将流场瞬时图去重后，按照先后顺序、从右至左依次进行排列，以得到明渠湍流长结构的矢量流场，进一步得到明渠湍流得结构。流场矢量的计算方式如下:在接收到的多张图片中，将时间上相邻的两张图片进行计算。例如:计算处理装置接收到100张图片，那么则将相邻的第I张和第2张图片进行流场矢量计算:首先，将第I张和第2张图片分别划分为多个相同的矩形判读窗口，设将第I张图片和第2张图片分别划分为100个窗口，S卩100*2，再对两张图片中相同位置的矩形判读窗口进行统计，统计出相同位置处的示踪粒子的位移，通过位移判断示踪粒子的移动速度、移动方向，即流场矢量。比如:先将第I张图片的第I个矩形判读窗口与第2张图片的第I个矩形判读窗口进行相关性匹配计算，例如将第I张图片的第I个矩形判读窗口的示踪粒子的相对位置，与第2张图片的第I个矩形判读窗口的示踪粒子的相对位置进行匹配，那么，得到两个矩形判读窗口粒子相对位置最相似的位移，在此次统计完之后，再取第I张图片的第2个矩形判读窗口与第2张图片的第2个判读窗口进行计算，以此类推，直至统计完第I张和第2张图片的流场矢量；再将第2张图片和第3张图片划分为同样的100个矩形判读窗口，再进行如上的统计，将第2张和第3张图片的流场矢量进行统计，以此类推，直至统计完100张图片，以形成多个流场矢量，将这些流场矢量制成一张流场瞬时图。再将流场瞬时图去除部分重叠后、按按先后顺序进行排列，以得到待测位置的明渠湍流长结构的矢量流场。可以理解地，以上举例仅仅是用于能够更方便的理解本发明的方案，它不用于限位本发明的保护范围。在不同的实施方式中，上述的统计方法可以有类似的一些变化，例如在矩形判读窗口的划分上，可以根据不同的情况划分不同数量的矩形判读窗口，在对两张图片的相同位置的矩形判读窗口进行流场矢量的统计时，可以根据不同的情况，对两张图片的相同位置的I个矩形判读窗口、或者多个相同位置的判读窗口进行统计，它绝不仅限于四个矩形判读窗口。
[0030]在测量过程中，所述供回水装置放水后，示踪粒子加入设备14加入示踪粒子至流动的水体中，所述激光源从其中一个河岸子模型穿入，它穿过待测位置的流动的水体，将激光射入到反射镜12中，所述反射镜12将激光再次反射到待测位置以增加待测位置处的激光强度，所述图像采集装置15对待测位置的湍流长结构进行采集，并将采集到的数据发送到计算处理装置，所述计算机处理装置对采集数据进行分析、处理以得到待测位置的明渠湍流长结构，其中，所述采集数据为图片。
[0031]本发明实施方式,通过在其中一个河岸子模型的外壁上贴反光镜，并使反光镜的反射光可以与激光源的入射光的打光平面重合，增加了打光平面的激光强度，使得图像采集装置能够采集到更清楚的图像数据；采用新的示踪粒子加入设备，它能够匀速地将示踪粒子加入到流动的水体中，它可以调节流入量，能够可控、可调、匀速地加入示踪粒子；通过计算处理装置，能够将时间先后顺序上将相邻的每两张图片进行统计对比，以得到明渠湍流长结构，为以后的水利工程提供一个良好的基础和准备。
[0032]请参见图3，图3是本发明利用河工模型测量明渠湍流长结构的方法一实施方式的流程图。同样的，本实施方式中的河工模型包括河床子模型以及位于河床子模型两侧的左河岸子模型和右河岸子模型，所述河工模型包括水源进口端和水源出口端。本实施方式的利用河工模型测量明渠湍流长结构的方法包括如下步骤:
S101、确定待测位置及其所在的激光打光平面；
本步骤中，可以通过钢尺测量待测位置以及它的激光打光平面。例如:设河工模型的宽为25厘米，高为25厘米，长为11米，设我们想测河工模型中起始长度为2.10米、终止长度为2.20米段为待测位置，那么，我们则需要先确认这个段的待测位置，在待测位置确定好之后，则需要确定该待测位置的激光打光平面，例如，我位想在上述待测位置的高度为4厘米的平面进行激光打光，则要确定这个打光平面，待所测位置和打光平面确定好之后，将反射镜贴在这个待测位置相对应的左河岸子模型或者右河岸子模型的外壁上，在将反射镜贴于河岸子模型的外壁后，可以通过调节反射镜的倾角，以使反射镜的反射光平面与激光源的入射光平面重合，以增加打光平面的激光强度。其中，在确定激光打光平面时，可以通过在左河岸子模型和右河岸子模型上分别放四个钢尺，以测量从河床子模型向上的高度为4厘米的打光平台。
[0033]S102、将激光源置于其中一个河岸子模型的外壁，并使它的入射光对准待测位置的打光平面；
本步骤中，所述激光源由一激光发射器发出，所述激光发射器置于左河岸子模型或者右河岸子模型的外侧，所述激光源与反射镜相对；本实施方式中，所述激光发射器采用可自由调节底座高度的激光发射器，这样的好处在于，在确定好激光发射器的放置位置后，可以通过调节激光发射器的底座的高度，来确定激光发射器的入射光与上述待测位置的打光平面一致。其中，通过开启激光，将激光强度调为微弱级别以确定激光的入射光与待测位置的打光平面是否一致。将激光强度调为微弱级别的目的在于，由于河工模型采用的是透明玻璃材料，而透明玻璃材料会反光，该微弱级别的激光不会伤到用户的眼睛，对用户的眼睛起到一个保护作用。
[0034]S103、在与激光源相对的一个河岸子模型的外壁上贴反射镜，使所述反射镜将激光源反射到待测位置以使反射光平面与入射光平面重合；
本步骤中，当激光发射器则置于右河岸子模型的外侧时，反射镜则贴于左河岸子模型的外壁，当激光发射器则置于左河岸子模型的外侧时，反射镜则贴于右河岸子模型的外壁。将所述反光镜贴好之后，调整反光镜的倾角，使反光镜的反射光平面与激光源的入射光平面重合，以增强激光强度。
[0035]S104、在河床子模型的外侧面安装图像采集装置；
本步骤中，所述图像采集装置为CCD相机，安置于河床子的下端并位于所述河床子模型的外壁，它具体位于待测位置的正下方，它的镜头对准待测位置；
5105、使供回水装置将水放入河工模型中；
5106、将示踪粒子加入流动的水体中；
本步骤中，通过示踪粒子加入设备勻速地将示踪粒子加入到流动的水体中。其中:所述示踪粒子加入设备包括:两根搁置杆以及位于两根搁置杆中间的且上端开口的箱体，所述箱体的箱底设有由电机带动的转动搅拌装置，在箱底的底部还与一输出管道的接入端相接通，所述输出管道的输出口埋于流动的水体中，在所述输出管道上还增设有控制示踪粒子的流量大小的闸阀；所述示踪粒子加入设备通过两根搁置杆放置于左河岸子模型和右河岸子模型上。所述输出管道的输出口为Imm的细钢针，它埋于流动的水体中。在使用时，将示踪粒子倒入箱体，启动电动，使转动搅拌装置对示踪粒子进行匀速地搅拌，示踪粒子通过输出管道匀速地流入流动的水体中，在使用之前或者在使用的过程中，可以通过闸阀对输出量的大小进行调整，以实现可控、可调地、连续地不间断地加入示踪粒子到流动的水体中。
[0036]S107、使图像采集装置对焦到待测位置并进行采集；
本步骤中，使用C⑶相机对待测位置进行调整连拍，并将连拍到的多张图片传送至计算处理装置。
[0037]S108、使与图像采集装置连接的计算处理装置接收图像采集装置发送的图片； S109、根据接收到的图片，依次将相邻的两张图片进行流场矢量计算，将计算得到的每一个流场矢量制成一张流场瞬时图；
本步骤中，将两张图片分别片划分为均匀的矩形判读窗口，再将两个图片的相同位置的判读窗口进行相关运算，求出相关性最大的窗口中心的距离和方向即为判读窗口的流体的位移大小和方向，逐步由判读窗口计算完全部图像画面，并由此得到整个流场矢量做为一个流场瞬时图。
[0038]假设接收到的图片为100张，那么则将相邻的第I张和第2张图片进行流场矢量计算:
首先，将第I张和第2张图片分别划分为多个相同的矩形判读窗口，设将第I张图片和第2张图片分别划分为100个窗口，S卩100*2，再对两张图片中相同位置的矩形判读窗口进行统计，统计出相同位置处的示踪粒子的位移，通过位移判断示踪粒子的移动速度、移动方向，即流场矢量。比如:先将第I张图片的第I个矩形判读窗口与第2张图片的第I个矩形判读窗口进行相关性匹配计算，例如将第I张图片的第I个矩形判读窗口的示踪粒子的相对位置，与第2张图片的第I个矩形判读窗口的示踪粒子的相对位置进行匹配，那么，得到两个矩形判读窗口粒子相对位置最相似的位移，在此次统计完之后，再取第I张图片的第2个矩形判读窗口与第2张图片的第2个判读窗口进行计算，以此类推，直至统计完第I张和第2张图片的流场矢量；再将第2张图片和第3张图片划分为同样的100个矩形判读窗口，再进行如上的统计，将第2张和第3张图片的流场矢量进行统计，以此类推，直至统计完100张图片，以形成多个流场矢量，将这些流场矢量制成一张流场瞬时图。再将流场瞬时图去除部分重叠后、按按先后顺序进行排列，以得到待测位置的明渠湍流长结构的矢量流场。可以理解地，以上举例仅仅是用于能够理方便的理解本发明的方案，它便不用于限位本发明的保护范围。在不同的实施方式中，上述的统计方法可以有类似的一些变化，例如在矩形判读窗口的划分上，可以根据不同的情况划分不同数量的矩形判读窗口，在对两张图片的相同位置的矩形判读窗口进行流场矢量的统计时，可以根据不同的情况，对两张图片的相同位置的I个矩形判读窗口、或者多个相同位置的判读窗口进行统计，它绝不仅限于四个矩形判读窗口。
[0039]S110、将流场瞬时图去重后，按照先后顺序、从右至左依次进行排列，以得到明渠湍流长结构的矢量流场。根据得到的明渠湍流长的结构，分析该明渠湍流长结构的低速等动量区、高速条带、涡量、涡运动演变过程等。为后续的水利工程工作提供有利的基础和准备。
[0040]本发明实施方式，通过将反光镜贴于与激光源相对的一面的河岸子模型的外壁上，使反光镜能够反射激光，并使反射光和入射光位于同一个打光平面，增加了激光的强度，使图像采集装置能够采集到更清楚的图像。通过新的示踪粒子加入设备将示踪粒子匀速的加入到流动的水体中，并且该示踪粒子加入设备可控制示踪粒子的流量大小，使得加入水体过示踪粒子的过程、流量可控制和调节。通过计算处理装置，能够将时间先后顺序上将相邻的每两张图片进行统计对比，以得到明渠湍流长结构，为以后的水利工程提供一个良好的基础和准备。
[0041]以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统，所述河工模型包括河床子模型以及位于河床子模型两侧的左河岸子模型和右河岸子模型，所述河工模型包括水源进口端和水源出口端，所述测量的系统包括: 激光源，由一激光发射器发出；所述激光发射器置于左河岸子模型或者右河岸子模型的外侧，所述激光发射器用于将激光源水平射入河工模型的待测位置； 反射镜，贴于与激光源相对的一个河岸子模型的外壁；反射镜用于使激光源的反射光平面与入射光平面重合； 供回水装置，位于河工模型的进口端； 示踪粒子加入设备，位于河工模型的水源进口端，它匀速地加入示踪粒子到流动的水体中； 置于河床子模型下端的图像采集装置；以及 计算处理装置，其与所述图像采集装置连接，且用于对采集到的图像进行分析、处理以得到明渠湍流长结构的计算处理装置； 所述供回水装置放水后，示踪粒子加入设备将示踪粒子加入至流动的水体中，所述激光源从其中一个河岸子模型水平穿入，它穿过待测位置的流动的水体，将激光打入到反射镜中，所述反射镜将激光再次反射到待测位置以增加待测位置处的激光强度，所述图像采集装置对待测位置的湍流长结构进行采集，并将采集到的数据发送到计算处理装置，所述计算机处理装置对采集数据进行分析、处理以得到待测位置的明渠湍流长结构，其中，所述采集数据为图片。
2.如权利要求1所述的利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统，其特征在于:所述示踪粒子加入设备包括两根搁置杆以及位于两根搁置杆中间且上端开口的箱体，所述箱体的箱底设有由电机带动的转动搅拌装置，在箱底的底部还与一输出管道的接入端相接通，所述输出管道的输出口埋于流动的水体中，在所述输出管道上还增设有控制示踪粒子的流量大小的闸阀；所述示踪粒子加入设备通过两根搁置杆放置于左河岸子模型和右河岸子模型上。
3.如权利要求2所述的利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统，其特征在于:所述输出管道的输出口为直径1皿的细钢针，它埋于水体中。
4.如权利要求1所述的利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统，其特征在于:所述激光发射器具有一个可自由调整高度的底座。
5.如权利要求1所述的利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统，其特征在于:所述计算处理装置还用于将接收到的多张采集图片进行统计，并对每相邻的两张图片进行流场矢量计算，将计算得到的每一个流场矢量制成一张流场瞬时图；还用于将流场瞬时图去重后，按照先后顺序、从右至左依次进行排列，以得到明渠湍流长结构的矢量流场，进一步得到明渠湍流长结构。
6.一种利用河工模型测量方法明渠湍流长结构的方法，所述河工模型包括河床子模型以及位于河床子模型两侧的左河岸子模型和右河岸子模型，所述河工模型包括水源进口端和水源出口端，包括: 确定待测位置及其所在的打光平面； 将激光源置于其中一个河岸子模型的外壁，并使它的入射光对准待测位置处的打光平面； 在与激光源相对的一个河岸子模型的外壁上贴反射镜，使所述反射镜将激光源反射到待测位置以使反射光平面与入射光平面重合； 在河床子模型的外侧面安装图像采集装置； 使供回水装置将水放入河工模型中； 将示踪粒子加入流动的水体中； 使图像采集装置对焦到待测位置并进行采集； 使与图像采集装置连接的计算处理装置接收图像采集装置传送的图片； 依次将相邻的两张图片进行流场矢量计算，将计算得到的每一个流场矢量制成一张流场瞬时图； 将流场瞬时图去重后，按照先后顺序、从右至左依次进行排列，以得到明渠湍流长结构的矢量流场。
7.如权利要求6所述的利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统，其特征在于，在依次将相邻的两张图片进行流场矢量计算的步骤中:将相邻的两张图片分别划分为多个相同的矩形判读窗口，统计出两张图中每一对相同位置的矩形判读窗口中的示踪粒子的量，得到两张图中同一个位置的矩形判读窗口中示踪粒子的变化，得到相邻两张图中同一个位置的矩形判读窗口的一个流场矢量；将每一个流场矢量制成一张流场瞬时图。
8.如权利要求7所述的利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统，其特征在于，在将示踪粒子加入流动的水体中的步骤包括:通过所述示踪粒子加入设备勻速地将示踪粒子加入到流动的水体中，其中，所述示踪粒子加入设备包括两根搁置杆，位于两根搁置杆中间的箱体，所述箱体的箱底设有由电机带动的转动搅拌装置，在箱底的底部还接一输出管道的接入端，所述输出管道的输出口埋于流动的水体中，在所述输出管道上还增设有控制示踪粒子的流量大小的闸阀；所述示踪粒子加入设备通过两根搁置杆放置于左河岸子模型和右河岸子模型上。
9.如权利要求8所述的利用河工模型测量明渠湍流长结构的系统，其特征在于:所述输出管道的输出口为直径1皿的细钢针，它埋于水体中。
10.如权利要求6所述的利用河工模型测量方法明渠湍流长结构的方法，其特征在于:在确定测量位置所处的打光平面的步骤中，分别在左河岸子模型和左河岸子模型上放置两个钢尺，通过钢尺量出测量位置的打光平面。
【文档编号】E02B1/02GK104314040SQ201410585752
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】杨胜发, 张鹏, 魏祥龙, 胡江, 李文杰, 沈颖, 幸韵, 田蜜 申请人:重庆交通大学