专利名称：一种测量泥沙启动流速的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于河工测量技术领域，涉及一种泥沙启动流速的测量装置。
背景技术：
在河工模型试验中，泥沙启动流速的测量对于泥沙运移规律的研究具有十分重要的意义。泥沙启动是指在一定的水流条件下，泥沙由静止转为运动的现象。然而，现有泥沙启动流速测量的方法还比较落后，主要依靠人工观察的方法，即由人工调整试验水槽中的流速，并通过人工目视观察试验水槽床面泥沙的启动情况，进而判定是否达到泥沙的启动流速。这种方法存在以下问题1、受人为因素影响较大，不同人员、不同的习惯、不同光照条件可能得出不同临界启动流速；2、缺乏合理的、定量的、客观一致的判别依据，人为随意性很大。3、受水流透明性影响较大。在含沙水流中往往会有很多微小的尘粒，长时间悬浮在水中，尤其是流动的水中，使得水体混浊，实验人员根本无法看清床面泥沙的运动情况，因而无法判定泥沙的启动状态。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种测量泥沙启动流速的装置。由于超声波在水下有很好的传导性，而且高频超声波对水中的粒子较为敏感，借助于B型超声扫描方式，只要选择合适的超声频率，进行水下二维成像，可以获得河床界面及其附近的悬浮沙粒的的实时图像信号。依据这些粒子的光斑图像信号可以分析判定泥沙的启动状况。虽然图像中的粒子的大小可能会有一定失真，但足以反映悬移粒子的存在和粒子的浓度变化情况，为分析判定泥沙的启动状态提供足够的信息。实验证明，在泥沙临界启动流速附近，河床界面悬移沙粒的浓度有一个显著的增加的过程，这为通过B超成像准确判定泥沙的启动状况提供了有效特征。定义术语粒子浓度每帧图像所含悬移粒子的数目，用N表示。基础浓度静水中每帧图像所含悬移粒子浓度，用NO表示。水流速度用V表示,单位cm/s。浓度变化率Λ N/Λ V，用U表示。 相对浓度N/ (NO)，用S表示。根据不同沙质多次实验结果和数据的统计分析，可以建立以下基于B超成像的泥沙启动流速的判定法则I、粒子浓度N显著增加到基础浓度NO的4飞倍以上且Ν>30 ；2、粒子浓度的相对变化率达到150颗/cm/s以上。以上两个条件同时满足对应的最小流速即为泥沙的启动流速。本实用新型所提供的泥沙启动流速测量装置，包括B超仪和流速仪，B超仪的探头置于水面处，流速仪的探头置于水中，B超成像仪通过图像采集卡和计算机相连，流速仪和计算机通信接口相连。所述流速仪可以为旋桨流速仪、ADV流速仪或电磁流速仪等常用流速仪。使用上述装置，测量泥沙启动流速的方法为I.、从流速为零开始，利用B超仪测量记录河床界上方水体中悬移粒子浓度；%、逐步增加流速，测量并记录悬浮粒子浓度及其变化率；f、当悬浮粒子浓度超过静水中悬浮粒子浓度的4飞倍且N>30，同时粒子浓度的变化率大于150时可以判定此时的流速为泥沙临界启动流速，测量此时的流速为泥沙的启动流速。本实用新型采用B超成像仪，对启动流速测量试验的河床边界和悬移沙粒直接进行成像，获取泥沙粒子运动的直观视频图像信息，通过分析床面附近悬移粒子浓度的变化特征，结合流速仪测得的流速，最终给出泥沙的启动流速。具有定量、客观、一致和快速的优
图I泥沙启动流速测量装置结构示意图，其中I-B超仪，2-流速仪，3-图像采集卡，4-计算机。
具体实施方式
一种泥沙启动流速测量装置，包括B超仪I和流速仪2，B超仪I的探头置于水面处，流速仪2的探头置于水中，B超仪I通过图像采集部卡3和计算机4相连，流速仪2和计算机4相连。流速仪可以采用旋桨式流速仪。计算机中安装启动分析处理软件。实验供水系统控制流速按阶梯方式逐级缓慢增加，每个阶段流速维持时间可根据需要事先设定。旋桨流速仪实时监测对应流速。B超仪对水下悬浮沙粒和河床地形实时扫描成像，图像采集卡采集B超仪的视频图像信号并转换成计算机能接收的数据图像文件，传送给计算机，计算机从流速仪中读取实施流速，同时利用启动流速分析软件，提取河床地形并统计分析悬移粒子颗粒浓度NO和N及其变化特征，计算Ν/Ν0和△ N/△ V，根据设定的判据，判定特征值是否如满足Ν/Ν0Μ 且 N>30Λ N/Λ V〉150满足，则达到泥沙启动状态，记录对应流速即为泥沙的启动流速，试验停止。不满足则控制实验系统加大流速，继续测量直至满足上述判定条件为止。上述使用过程中，旋桨流速可以换成ADV流速仪或电磁流速仪，工作过程相同。
权利要求1.一种泥沙启动流速测量装置，其特征在于，包括B超仪(I)和流速仪(2)，B超仪的探头(I)置于水面处，流速仪(2)的探头置于水中，B超仪(I)通过图像采集卡(3)和计算机(4 )相连，流速仪(2 )和计算机(4 )通信接口相连。
2.根据权利要求I所述的测量装置，其特征在于，所述流速仪为旋桨流速仪、ADV流速仪或电磁流速仪。
专利摘要本实用新型涉及一种泥沙启动流速测量装置，包括B超仪和流速仪，B超仪探头置于水面处，流速仪的探头置于水中，B超仪通过图像采集卡和计算机相连，流速仪和计算机通信接口相连。本实用新型采用B超成像仪，对启动流速测量试验的河床边界和悬移沙粒直接成像，获取泥沙粒子运动的直观视频图像信息，通过分析床面附近悬移粒子浓度的变化特征，结合流速仪测得的流速，最终给出泥沙的启动流速。具有定量、客观、一致和快速的优点。
文档编号G01P5/00GK202770854SQ201220436758
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者马志敏, 胡向阳, 许明, 邹先坚 申请人:武汉大学