专利名称:一种基于图像分析法的土体缩限测试仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于图像分析法的土体缩限测试仪，包括防护箱，防护箱内设有电子天平，电子天平上放置有收缩皿，收缩皿中设置土样，土样上方设有相机，相机通过设置在防护箱底部的能够转动和伸缩的相机固定支架固定，防护箱内还设有温湿度控制器，电子天平、相机和温湿度控制器的数据线均穿过防护箱的侧壁与设置在防护箱外的电脑相连。防护箱及温湿度计控制器的作用是避免空气流动引起设备微动，并控制和维持蒸发环境的温湿度。本实用新型利用相机进行间隔拍摄，采用图像分析法分析土体的干缩变形，并结合电子天平的数据得到变形(像素位移)含水率曲线，如此可直观且准确地判断出土的缩限含水率，且操作简便，方法直观，测量结果精确。
【专利说明】一种基于图像分析法的土体缩限测试仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种土的缩限含水率测试仪，尤其涉及一种基于图像分析法的土体缩限测试仪。
【背景技术】
[0002]土的缩限含水率是指土从半固态进入固态的分界含水率。当含水率低于缩限含水率，含水率变化的过程中土体体积将不再发生变化，缩限含水率是土的三大稠度界限之一。缩限含水率是反映土的物理性质的重要指标之一，研宄土的缩限含水率具有重要的学术意义和工程实用价值。土体缩限测试的关键在于精确测量干缩后土体的体积，目前缩限测试国内主要采用蜡封法，国外则主要采用水银法和蜡封法，这些试验方法在试验过程中可能以下不足:
[0003]1.试验成功率低。土体干缩过程中，土样容易开裂。无论采用蜡封法或水银法，裂缝的存在会影响体积的测量，需要重新制样进行试验。
[0004]2.体积测量精度受限。蜡封法将蜡封后的土样悬挂于水中测定体积。当蜡封的土样进入水中时，土样表面会存在大量气泡，且蜡封过程中，土样表面也会存在气泡，气泡会影响体积测量结果。因此，蜡封法试验结果的准确度仰赖于操作人员的专业水平。
[0005]3.采用水银法进行试验具有一定的危害性。虽然采用水银法量测土样体积的精度较蜡封法高，但试验过程中必须非常谨慎，避免水银过量蒸发对人体造成危害。
实用新型内容
[0006]为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于图像分析法的土体缩限测试仪，本实用新型利用相机进行间隔拍摄，通过相机和电子天平的数据可得变形(像素位移)含水率曲线，如此可直观且准确地判断出土的缩限含水率，且操作简便，方法直观，测量结果精确。
[0007]为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0008]一种基于图像分析法的土体缩限测试仪，包括防护箱，防护箱内设有电子天平，电子天平上放置有收缩皿，收缩皿中设置土样，土样上方设有相机，相机通过设置在防护箱底部的能够转动和伸缩的相机固定支架固定，电子天平的周围还设有照明灯，照明灯通过设置在防护箱底部的能够转动和伸缩的灯架固定，防护箱内还设有温湿度控制器，电子天平、相机和温湿度控制器的数据线均穿过防护箱的侧壁与设置在防护箱外的电脑相连。
[0009]进一步地，收缩皿包括玻璃板和设置在玻璃板上的环刀，环刀和玻璃板通过硅胶粘结。
[0010]进一步地，相机为I?3台，每台相机对应一个相机固定支架。
[0011]进一步地，相机的中轴线与收缩皿的中轴线有一定夹角，且此夹角满足同时拍摄到土样和收缩皿侧壁的条件。
[0012]进一步地，照明灯为2盏，每盏照明灯对应一个灯架。
[0013]进一步地，照明灯的中轴线与收缩皿的中轴线有一定夹角，且此夹角满足土样干缩过程中不会产生阴影区的条件。
[0014]进一步地，所述的照明灯为白光灯。
[0015]进一步地，所述的白光灯为高色温白光灯，其色温范围为6500K?8000K。
[0016]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果:
[0017]本实用新型操作简便，方法直观，试验过程中只需将土样置于收缩皿中，然后把收缩皿静置于电子天平上，利用相机进行间隔拍摄，通过相机和电子天平的数据可得变形含水率曲线，如此可直观且准确地判断出土的缩限含水率。采用防护箱将其中的组件与外部空气隔绝，避免空气流动对整个测试仪测试精度的影响，在防护箱内设置温湿度控制器可控制土体干缩环境的温湿度，通过对蒸发环境温湿度的控制，可加速土样干缩过程。采用电脑自动控制并进行数据采集，相机、电子天平和温湿度控制器均由电脑控制，简单方便。
[0018]进一步地，使用多台相机拍摄，可以在图样变形不均匀时获取不同的局部干缩变形图像，以利于限缩的分析工作，照明灯选择高色温的白光灯，可使相机的白平衡达到最佳效果，并减少环境照度对图像的影响。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型结构示意图；
[0020]图2是本实用新型中收缩皿的剖片示意图。
[0021]其中，1、防护箱；2、相机；3、相机固定支架；4、照明灯；5、灯架；6、收缩皿；7、电子天平；8、温湿度控制器；9、数据线；10、电脑；11、土样；12、环刀；13、硅胶；14、玻璃板。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述:
[0023]参见图1和图2，一种基于图像分析法的土体缩限测试仪，包括防护箱1，防护箱I内设有电子天平7，电子天平7上放置有收缩皿6，收缩皿6中设置土样11，收缩皿6包括玻璃板14和设置在玻璃板14上的环刀12，环刀12和玻璃板14通过硅胶13粘结，土样11上方设有I?3台相机2，每台相机2通过与其对应的设置在防护箱I底部的能够转动和伸缩的相机固定支架3固定，相机固定支架3用于调节相机2的高度和角度，通过转动相机固定支架3和调节相机固定支架3的高度，相机2的中轴线与收缩皿6的中轴线有一定夹角，且此夹角满足同时拍摄到土样11和收缩皿6侧壁的条件，电子天平7的周围还设有2盏照明灯4，采用色温范围为6500K?8000K的高色温的白光灯作为照明灯4，可使相机2的白平衡达到最佳效果，并减少环境照度对图像的影响，每盏照明灯4通过与其对应的设置在防护箱I底部的能够转动和伸缩的灯架5固定，照明灯4的中轴线与收缩皿6的中轴线有一定夹角，且此夹角满足土样11干缩过程中不会产生阴影区的条件，防护箱I内还设有温湿度控制器8，电子天平7、相机2和温湿度控制器8的数据线9均穿过防护箱I的侧壁与设置在防护箱I外的电脑10相连。
[0024]下面结合附图对本实用新型的结构原理和使用步骤作进一步说明:
[0025](I)调节防护箱I温湿度:根据试验温湿度要求设置温湿度控制器8的软件参数，由电脑10自动监测并控制防护箱I内温湿度，维持温湿度不变。
[0026](2)制备土样11:预配液限含水率左右的土样11。在收缩皿6内均匀涂抹一薄层凡士林，将已知含水率的土样11分层填入收缩皿6中，每次填土后用击实器拍打土样11表面，直至驱尽气泡为止。填满土样11后，用直尺刮去收缩皿6上多余土样并整平土样11表面。将收缩皿6擦净后，立即放置于电子天平7上。
[0027](3)调节光源:调节灯架5改变照明灯4的高度和角度，采用高色温的白光灯作为照明灯4，可使相机2的白平衡达到最佳效果，以确保土样11干缩过程中不会产生较多的阴影区，以利于分析土样11的干缩变形。
[0028](4)安装相机2:通过调节相机2的高度和倾斜角度，使相机2以一定倾斜角度对准局部土样11和收缩皿6侧壁，设置相机2参数，以收缩皿6侧壁为基准点，方便校正因电子天平7或者相机2的微动而造成的偏差，以达到最佳拍照效果。当土样11变形不均匀时，建议使用多台相机2拍摄，如使用两台相机2对拍，获取不同的局部干缩变形图像，以利于缩限的分析工作。
[0029](5)进行试验:设定电脑10自动采集电子天平7数据和相机2间隔拍摄照片，保持电子天平7的数据采集时间间隔和相机2拍摄的时间间隔一致，使二者同步进行采集，当土样质量不再变化时结束试验。
[0030](6)变形计算:利用图像处理软件或影像位移分析软件分析土样11干缩过程中的变形。
[0031](7)误差修正:若试验过程中，相机2发生微动，则需根据收缩皿6侧壁位移分析结果进行微振动修正。
[0032](8)结果分析:将土样11变形结果与含水率对应，得到变形含水率曲线。当土样11没有收缩或变形很小的时候，对应的含水率即为缩限含水率。
[0033]试验过程中只需将土样11置于收缩皿6中，然后把收缩皿6静置于电子天平7上，利用相机2进行间隔拍摄，通过相机2和电子天平7的数据可得变形含水率曲线，如此可直观且准确地判断出土的缩限含水率。采用防护箱I将其中的组件与外部空气隔绝，避免空气流动对整个测试仪测试精度的影响，在防护箱I内设置温湿度控制器8可控制土体干缩环境的温湿度，通过对蒸发环境温湿度的控制，可加速土样11干缩过程。采用电脑10自动控制并进行数据采集，相机2、电子天平7和温湿度控制器8均由电脑10控制，简单方便。使用多台相机2拍摄，可以在图样变形不均匀时获取不同的局部干缩变形图像，以利于限缩的分析工作，照明灯4选择高色温的白光灯，可使相机2的白平衡达到最佳效果，并减少环境照度对图像的影响。
【权利要求】
1.一种基于图像分析法的土体缩限测试仪，其特征在于，包括防护箱(1)，防护箱(I)内设有电子天平(7)，电子天平(7)上放置有收缩皿￠)，收缩皿￠)中设置土样(11)，土样(11)上方设有相机(2)，相机(2)通过设置在防护箱(I)底部的能够转动和伸缩的相机固定支架⑶固定，电子天平⑵的周围还设有照明灯(4)，照明灯(4)通过设置在防护箱(1)底部的能够转动和伸缩的灯架(5)固定，防护箱⑴内还设有温湿度控制器(8)，电子天平(7)、相机(2)和温湿度控制器⑶的数据线(9)均穿过防护箱⑴的侧壁与设置在防护箱⑴外的电脑(10)相连。2.根据权利要求1所述的一种基于图像分析法的土体缩限测试仪，其特征在于，收缩皿(6)包括玻璃板(14)和设置在玻璃板(14)上的环刀(12)，环刀(12)和玻璃板(14)通过娃胶(13)粘结。3.根据权利要求1所述的一种基于图像分析法的土体缩限测试仪，其特征在于，相机(2)为I?3台，每台相机⑵对应一个相机固定支架(3)。4.根据权利要求3所述的一种基于图像分析法的土体缩限测试仪，其特征在于，相机(2)的中轴线与收缩皿(6)的中轴线有一定夹角，且此夹角满足同时拍摄到土样(11)和收缩皿(6)侧壁的条件。5.根据权利要求1所述的一种基于图像分析法的土体缩限测试仪，其特征在于，照明灯⑷为2盏，每盏照明灯⑷对应一个灯架(5)。6.根据权利要求5所述的一种基于图像分析法的土体缩限测试仪，其特征在于，照明灯⑷的中轴线与收缩皿(6)的中轴线有一定夹角，且此夹角满足土样(11)干缩过程中不会产生阴影区的条件。7.根据权利要求1所述的一种基于图像分析法的土体缩限测试仪，其特征在于，所述的照明灯(4)为白光灯。8.根据权利要求7所述的一种基于图像分析法的土体缩限测试仪，其特征在于，所述的白光灯为高色温白光灯，其色温范围为6500K?8000K。
【文档编号】G01N5-04GK204269502SQ201420741133
【发明者】林鸿州, 杨华, 彭建兵 [申请人]长安大学