本发明涉及一种冲刷深度的量测装置，尤其是涉及一种波流水槽小型模型试验的局部冲刷深度量测仪。
背景技术：
桥梁工程在现代社会经济中起着越来越重要的作用，但是桥梁水毁带来的问题也随之而来，特别是位于山区、江河入海口区域的桥梁，由于水文地质条件复杂，冲刷作用更为明显，桥梁水毁事故时有发生，如何更好地解决桥梁的局部冲刷问题成为一项重大任务。国内外学者对于冲刷问题的研究往往通过模型试验在波流水槽中进行，而冲刷深度作为试验的主要数据，其测量方式成为一项比较困难的任务。
在模型试验中，由于中小尺寸结构的冲刷特性复杂，要求仪器所占空间小，测量精度高，试验操作性好，目前尚缺合适的量测设备。实际工程中的一些原位测量手段要么所需空间大，无法直接安置使用，如TSR-3000三维侧扫测深系统，其重15kg，重要部件换能器尺寸为330mm×70mm×42mm，尺寸比试验模型以及冲刷所形成的坑更大，无法再实验室内使用；要么测量精度不能满足实验室要求，如：SonarMite便携式测深仪，精度为1cm±0.1％水深，无法达到试验中要求的0.1mm的测试精度。而一些能满足精度要求的实验设备价格又过于昂贵，如一些水下三维地形仪动辄数十万报价，一般实验室无法负担。这些测试设备受到其测试原理的约束，方式单一，精度无法满足实验室要求，不能根据试验需要进行调整，且往往只能对单点进行量测，操作复杂，费用高昂且效率低下，因此开发简易的室内试验测试设备极有必要。
为更好地对试验结果进行量测，提出一种冲刷深度的测试探针，其中关键技术是满足仪器的灵活性和试验精度，目前关于冲刷测量的专利与本专利涉及内容不同，整理如下：1.一种基于超声感应的涉水工程局部冲刷监测系统及方法(CN103901433A)，该方法是涉水工程现场对局部冲刷的量测方法，基于超声波手段利用计算机实现对工程局部冲刷的监控；2.一种用于土体渗流冲刷特性研究的试验仪器(CN102374958B)，该方法是一种关于土体渗流冲刷特性的仪器，其研究主体为渗流冲刷机理；3.一种桥墩局部冲刷观测系统(CN102087360B)，该方法用超声波探头对桥墩周围局部冲刷进行观测，重点在于对桥墩冲刷过程中的水流结构和水下地形进行现场观测；4.一种地下泥沙冲刷模型实验装置和方法(CN101666720B)，为一种涉及泥沙冲刷试验的方法，主要进行地下泥沙的冲刷观测。上述发明专利均未涉及波流水槽室内小尺度试验的局部冲刷深度与范围的测量内容，所提及的现场测试方法无法满足实验室的操作条件和精度，所采用的超声波手段无法在室内浅水试验条件下开展。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了弥补实验室中对模型冲刷试验深度量测的空白，提供一种高精度的波流水槽小型模型试验的局部冲刷深度量测仪。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种波流水槽小型模型试验的局部冲刷深度量测仪，布置于试验冲刷区域，对冲刷深度的发展进行实时观测，所述的量测仪包括仪器固定架(1)，调整旋钮与杆件(2)，测试探针(3)以及数据采集设备(4)，所述的仪器固定架(1)固定在所述的试验冲刷区域内，所述的调整旋钮与杆件(2)设置在仪器固定架(1)上，并连接测试探针(3)，所述的测试探针(3)测试冲刷过程中的深度变化量，所述的数据采集设备(4)实时记录冲刷整个过程的中测试探针测得的数据，其特征在于，所述的仪器固定架(1)为漂浮在水面上的浮桥，其表面设有轮轨(7)，所述的调整旋钮与杆件(2)为截面呈U型状的不锈钢杆，其两端分别通过横向杆(21)和滑块(22)连接在两个仪器固定架(1)的轮轨(7)上，中间横杆(23)上悬挂有测试探针(3)。
冲刷是水流冲蚀作用引起河床或海岸剥蚀的一种自然现象，桥梁基础冲刷包括桥墩冲刷和桥桩冲刷，由此导致的桥梁破坏时有发生。所述的冲刷试验一般为在波流水槽中激发恒定流，振动造波浪等条件下所进行的缩尺模型试验，用于探究冲刷发生的机理，为实际工程解决问题。
所述的轮轨(7)为容纳轮宽3cm的自制轻钢轮轨，搭叠在仪器固定架(1)上，其内设有条纹间距为2mm的螺纹，用以调节高度，所述的滑块(22)上设有与轮轨(7)内螺纹相匹配的螺纹，滑块(22)上下移动，调节测试探针(3)垂直方向的高度，滑块(22)水平移动，调节测试探针(3)水平方向的位置。调整旋钮与杆件是为满足试验人员对不同测点的要求，对其测试位置进行调整的装置，并可以根据水流、水深、以及冲刷效果情况来决定测试探针所处的合理位置，保证试验测试精确进行。
所述的仪器固定架(1)的材质为轻型不锈钢材料或PVC材料。通过仪器固定架将所述简易装置稳定固定在试验冲刷区域内。仪器固定架是协调本简易装置与其他试验仪器的关键装置，其作用在于将本装置与试验用的波流水槽稳定连接起来，实现自身功能，并能满足仪器测试过程中需要的稳定性和整体性。
所述的测试探针(3)包括测试及显示仪表(10)、套筒(11)和探针(12)，所述的套筒(11)一端固定在所述调整旋钮与杆件(2)的中间横杆(23)上，另一端垂直于波流水面下，所述的探针(12)设置在套筒(11)内，其一端连接测试及显示仪表(10)，另一端伸出套筒(11)底部深入波流六面下方，并抵接在河床上。
所述的探针(12)和套筒(11)组成的探测组件设有多组，如根据需要设置1～10个，一次性采集多个数据，实现高效，准确，适用，科学的测量方式，多组探测组件平行设置，每组探测组件中的探针(12)连接一个测试及显示仪表(10)，河床被冲刷后，探针(12)向下延伸，带动测试及显示仪表(10)转动，得出冲刷深度。
所述的套筒(11)的材质为不锈钢材料或PVC材料，保护探针不会被冲刷试验砂打偏，将所测深度转化为探针移动的长度进行量测。
所述的测试探针(3)一侧的河床上设置冲刷模型(5)，另一侧设置数据采集设备(4)。
所述的冲刷模型(5)与测试探针(3)的间距可根据实际情况在1m-1.5m范围内进行调节，所述的数据采集设备(4)与测试探针(3)的间距根据实际情况可在2m-6m范围内调节。
所述的冲刷模型(5)为市售冲刷模型，所述的数据采集设备(4)为市售防水照相机或与仪器配套的数字仪表装置，将实时冲刷深度记录并导出，以便实验人员准确掌握试验信息，并可大大减小短时间内读数造成的偏差。
波流水槽为冲刷试验常用大型试验设备，一般由造流泵、水槽及循环水池等组成，并通过两侧的钢化玻璃观测试验进展情况，往往长度达数十米，而宽度仅为几米以内，导致实际工程所用的仪器无法很好地发挥作用，有些甚至无法正常工作；
本发明上述装置的各部分可拆分更换，并可以满足实验室内的仪器协调使用，保证仪器能更大程度上满足各冲刷试验所需，其自身的防水、防锈、防振，以及其对试验过程的无扰动、无阻碍、无差别，成为这一试验装置的实用特征。
与现有技术相比，本发明的量测仪可以满足实验室的实际要求，并能满足数据分析的精度，可以根据实验需要进行调整，其各部件可以根据实际情况进行更换，并可将数据顺利采集以供后续分析，生产工艺简单方便，性价比较高，做到了易操作，造价低，精度高，可持续的特点。
附图说明
图1为实施例1中本发明装置的侧视结构示意图；
图2为实施例1中本发明装置的主视结构示意图；
图3为实施例1中本发明装置的俯视结构示意图；
图4为实施例1中本发明装置的测试细部示意图。
图中，1为仪器固定架，2为调整旋钮与杆件，3为测试探针，4为数据采集设备，5为冲刷模型，6为波流水槽，7为轮轨，8为起始河床，9为冲刷后河床，10为测试及显示仪表，11为小直径刚套筒，12为探针，21为横向杆，22为滑块，23为中间横杆23。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种波流水槽小型模型试验的局部冲刷深度量测仪，如图1～图4，包括仪器固定架1，调整旋钮与杆件2，测试探针3以及数据采集设备4，所述的仪器固定架1固定在所述的试验冲刷区域内，所述的调整旋钮与杆件2设置在仪器固定架1上，并连接测试探针3，所述的测试探针3测试冲刷过程中的深度变化量，所述的数据采集设备4实时记录冲刷整个过程的中测试探针测得的数据。
其中，所述的仪器固定架1为漂浮在水面上的浮桥，材质为轻型不锈钢材料或PVC材料，其表面设有轮轨7，所述的调整旋钮与杆件2为截面呈U型状的不锈钢杆，其两端分别通过横向杆21和滑块22连接在两个仪器固定架1的轮轨7上，中间横杆23上悬挂有测试探针3。所述的轮轨7内设有调节高度的螺纹，所述的滑块22上设有与轮轨7内螺纹相匹配的螺纹，滑块22上下移动，调节测试探针3垂直方向的高度，滑块22水平移动，调节测试探针3水平方向的位置。
上述仪器固定架1通过仪器固定架将所述简易装置稳定固定在试验冲刷区域内。仪器固定架是协调本简易装置与其他试验仪器的关键装置，其作用在于将本装置与试验用的波流水槽稳定连接起来，实现自身功能，并能满足仪器测试过程中需要的稳定性和整体性。调整旋钮与杆件2是为满足试验人员对不同测点的要求，对其测试位置进行调整的装置，并可以根据水流、水深、以及冲刷效果情况来决定测试探针所处的合理位置，保证试验测试精确进行。
所述的测试探针3包括测试及数字式显示仪表10、定制的直径为5mm的套筒11和测试探针12，所述的套筒11一端固定在所述调整旋钮与杆件2的中间横杆23上，另一端垂直于波流水面下，所述的探针12设置在套筒11内，其一端连接测试及显示仪表10，另一端伸出套筒11底部伸入波流下方，并抵接在河床上。所述的探针12和套筒11组成的探测组件设有多组，如本实施中设置了5个，一次性采集多个数据，实现高效，准确，适用，科学的测量方式，多组探测组件平行设置，每组探测组件中的探针12连接一个测试及显示仪表10，河床被冲刷后，探针12向下延伸，带动测试及显示仪表10转动，得出冲刷深度。所述的套筒11的材质为不锈钢材料或PVC材料，保护探针不会被冲刷试验砂打偏，将所测深度转化为探针移动的长度进行量测。
所述的测试探针3一侧的河床上设置冲刷模型5，另一侧设置数据采集设备4。所述的冲刷模型5与测试探针3的间距可以根据测点需要在为1m-1.5m范围内调节，所述的数据采集设备4与测试探针3的间距根据实际情况可在2m-6m范围内调节。所述的冲刷模型5为市售冲刷模型，所述的数据采集设备4为市售防水照相机或与仪器配套的数字仪表装置，将实时冲刷深度记录并导出，以便实验人员准确掌握试验信息，并可大大减小短时间内读数造成的偏差。
上述量测仪设置在冲刷试验的冲刷坑所在范围内，对冲刷坑的深度进行测量。当冲刷试验进行前，先选择合适的尺寸和固定方式，将仪器固定架1与波流水槽6固定稳定，再根据试验要求，选定合适的测试探针3，通过调整旋钮与杆件2调整其所需测点的位置和深度，本例中选用5支电子仪表为例。在水流注入后，安置数据采集设备4，注意其稳定性以及数据采集视野和光线是否合适，本例中采用数码相机。将水流进行造流造波，并打开数据采集设备4，让数据测试探针3进行数据测试，试验一般进行一小时以上，此过程中测试人员需要注意整个仪器的稳定性以及数据采集设备4的工作效果。随着起始河床8在冲刷作用下产生的冲刷坑9的不断变深，测试探针中的探针12渐渐下落，并与砂面9保持等高，其移动的距离使得百分表测试端发生位移，通过其读数判别冲刷深度的变化。
整个装置涉及的各部件由于在水环境中进行工作，需要对部件进行防水处理，仪器固定架1及调整旋钮与杆件2采用轻型不锈钢(或必要时采用PVC材料)制成，测试探针3需要进行必要的防水处理，并在各部件如探针12，套筒11，以及百分表的自身和连接处进行防水处理，并选择稳定的铆接或焊接方式，使得整个测试探针稳定如一。数据采集设备尤其注意防水及其自身稳定，并调整合适的视野，经过数据可与计算机连接记录冲刷过程，连同数据及图像一同导出到计算机中。
整个装置的各部件可以根据实际要求进行拆换，如波流水槽6较大，需要对仪器固定架1进行进一步加固，保证整体稳定性，与此同时要注意控制其自重。如需测量更多(或更少)测点，可以对测试探针3中的仪表进行添加(或删去)，并可以根据实际情况加工调整旋钮与杆件2，使得测试探针3中的仪表可以不仅仅测试一条线的数据，而是可以测试整个冲刷坑9的投影面上的冲刷深度。