[發(fā)明專利]潰壩實(shí)驗(yàn)中多種測量儀器的時(shí)間同步方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710056585.2
• 申請(qǐng)日: 2017-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN106895953B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉慧;劉海江;陸森遜;郭立恒;鄧小虎;杭錦程;譚澤宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種潰壩實(shí)驗(yàn)中多種測量儀器的時(shí)間同步方法，本發(fā)明將高速相機(jī)、波高儀和流速儀連接到同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，使得三臺(tái)儀器同時(shí)啟動(dòng)，在水槽中實(shí)施潰壩實(shí)驗(yàn)時(shí)，高速相機(jī)記錄水流形態(tài)，波高儀和流速儀分別記錄閘門下游測量點(diǎn)的水位和流速隨時(shí)間的變化。通過高速視頻確定潰壩水流到達(dá)測量點(diǎn)的時(shí)間，找出對(duì)應(yīng)的水位和流速開始變大的瞬間，從而得出不同儀器之間的時(shí)間差，在后續(xù)數(shù)據(jù)處理中實(shí)現(xiàn)時(shí)間的同步，提高潰壩實(shí)驗(yàn)的時(shí)間精度。本發(fā)明適用范圍廣，既可用于潰壩物理模型實(shí)驗(yàn)中，也可用于類似的水利工程或海岸工程物理模型實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的時(shí)間同步；本發(fā)明操作簡單，具有很強(qiáng)的重復(fù)性和轉(zhuǎn)移性；測量儀器間的時(shí)間同步誤差小于0.05秒。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多種測量儀器的時(shí)間同步方法，尤其涉及一種潰壩實(shí)驗(yàn)中多種測量儀器的時(shí)間同步方法。

背景技術(shù)

潰壩通常指由自然災(zāi)害或人為因素引起的蓄水庫圍堰突然坍塌進(jìn)而在水庫下游形成潰決洪水造成人類生命、生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)巨大損失的災(zāi)害性事件。然而潰壩問題的研究并不局限于內(nèi)陸區(qū)域，在海岸工程方面也存在十分重要的研究意義，例如：海嘯、涌潮等向岸的傳播過程與潰壩水流動(dòng)力學(xué)在物理機(jī)理上是一致的。因此，對(duì)潰壩問題的探索具有顯著的科學(xué)研究意義和工程應(yīng)用價(jià)值。由于實(shí)地監(jiān)測的困難，目前對(duì)潰壩問題的研究往往依賴于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，即通過瞬間開啟閘門來模擬潰壩過程，采用波高儀、流速儀等測量設(shè)備來研究潰壩流的水動(dòng)力特性。通常室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的整個(gè)潰壩過程歷時(shí)很短，往往在幾秒鐘內(nèi)就可以完成。在這個(gè)過程中，尤其在閘門開啟的瞬間，潰壩波的水動(dòng)力特性急劇變化，這對(duì)實(shí)驗(yàn)在時(shí)間精度方面的控制提出了非常高的要求。目前在多種測量儀器同時(shí)工作的情況下，進(jìn)行潰壩實(shí)驗(yàn)存在以下問題和困難：(1)測量儀器采樣頻率過低，不能捕捉到潰壩波水位或流速的瞬時(shí)變化；(2)不同儀器存在各自的時(shí)間延遲，即便可以通過計(jì)算機(jī)使得多種儀器同時(shí)啟動(dòng)，但因?yàn)闀r(shí)間差的存在，各臺(tái)儀器真正開始工作的時(shí)間不盡相同，即各自的數(shù)據(jù)時(shí)間零點(diǎn)并不一致；(3)潰壩時(shí)間零點(diǎn)，即閘門開始向上移動(dòng)的時(shí)間很難確定，需借助高速相機(jī)記錄開門過程。解決潰壩實(shí)驗(yàn)中多種測量儀器的時(shí)間同步問題，獲得更為精確時(shí)間控制下的水位和流速的變化，對(duì)研究潰壩波的水動(dòng)力特性具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種潰壩實(shí)驗(yàn)中多種測量儀器的時(shí)間同步方法。在潰壩實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)多種高采樣頻率儀器時(shí)間同步，且提高時(shí)間同步的精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種潰壩實(shí)驗(yàn)中多種測量儀器的時(shí)間同步方法，包括以下步驟：

(1)進(jìn)行潰壩實(shí)驗(yàn)；該步驟具體為：

(1.1)安裝波高儀、流速儀和采樣頻率大于100f/s的高速相機(jī)，其中，波高儀和流速儀在潰壩水槽同一橫斷面，之后將各儀器接入計(jì)算機(jī)；

(1.2)設(shè)置潰壩水槽中相應(yīng)的上下游水深等實(shí)驗(yàn)條件；

(1.3)計(jì)算機(jī)控制波高儀、流速儀和高速相機(jī)同時(shí)開始運(yùn)行；

(1.4)移除潰壩水槽中的閘門，進(jìn)行潰壩實(shí)驗(yàn)；

(1.5)計(jì)算機(jī)控制波高儀、流速儀和高速相機(jī)同時(shí)結(jié)束采集；

(2)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；該步驟包括以下子步驟：

(2.1)在高速相機(jī)采集到的視頻信息中，找出潰壩波到達(dá)測量點(diǎn)的時(shí)刻，記為t₁；

(2.2)找出t₁時(shí)刻對(duì)應(yīng)的波高儀采集的數(shù)據(jù)中水位開始增大的時(shí)刻，記為t₂，以及流速儀采集的數(shù)據(jù)中流速開始增大的時(shí)刻，記為t₃；即可認(rèn)為t₁、t₂和t₃是同一時(shí)刻；

(2.3)在視頻中找出閘門開始向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻，記為t₄，定義該閘門開始向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻t₄為時(shí)間零點(diǎn)；