[發(fā)明專利]泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置和方法

有效

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• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN108918360B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設計）人: 鄭雪琴;戴江鴻;杜雅楠;李佳霖;蘭柏;潘凌;陳瑞;董陽偉;盧偉甫;孫曉霞;于珊;孫慧芳;曹佳麗;章亮;趙強;唐擁軍
• 申請（專利權）人: 國家電網(wǎng)有限公司;國網(wǎng)新源控股有限公司;國網(wǎng)新源控股有限公司技術中心;國網(wǎng)新源控股有限公司檢修分公司
• 主分類號: G01N15/04
• 分類號: G01N15/04
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤

1.一種泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置，其特征在于，包括：試驗水槽、動力裝置以及三維測量裝置；

所述試驗水槽中設置有兩塊玻璃板以及位于兩塊所述玻璃板之間的若干吸水珠及示蹤粒子；所述玻璃板與所述試驗水槽的底部始終接觸，并且所述玻璃板長度等于所述試驗水槽的寬度；

所述動力裝置連接兩塊所述玻璃板，可帶動兩塊所述玻璃板同步擺動，兩塊所述玻璃板在擺動過程中始終相互平行；

所述三維測量裝置包括：

激光粒子成像裝置，包括：多組并排設置的光線照射裝置以及一高速相機，多組所述光線照射裝置的光路相互平行，所述高速相機用于獲取所述吸水珠及示蹤粒子的位移圖像；

PC機，連接所述激光粒子成像裝置，接收所述位移圖像，并根據(jù)所述位移圖像計算所述吸水珠縫隙的水速度場及所述吸水珠的位移場。

2.根據(jù)權利要求1所述泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置，其特征在于，每組所述光線照射裝置均包括激光器以及光學轉換裝置；

多組光線照射裝置的激光器均設置于所述試驗水槽的側面，用于向所述試驗水槽發(fā)射相互平行的多組激光束；

多組光線照射裝置的各光學轉換裝置均設置于對應激光器與所述試驗水槽之間，用于將對應激光器發(fā)射的激光束轉換成片光，以照射所述吸水珠和所述示蹤粒子；

所述高速相機位于試驗水槽的正面或背面，用于拍攝所述位移圖像，

所述PC機連接所述高速相機，用于設置所述高速相機的拍攝頻率，并接收所述高速相機拍攝的所述位移圖像。

3.根據(jù)權利要求2所述泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置，其特征在于，所述光線照射裝置為N組，

N組光線照射裝置的N個激光器輪流發(fā)射激光束，每個所述激光器的發(fā)射時間為t，停止時間為(N-1)t，高速相機的拍攝頻率為1/t。

4.根據(jù)權利要求2所述泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置，其特征在于，所述高速相機的鏡頭上設有濾鏡。

5.根據(jù)權利要求2所述泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置，其特征在于，所述光學轉換裝置包括：沿光路方向依次設置的縱向凹透鏡、橫向凹透鏡以及三角透鏡；

所述縱向凹透鏡用于對激光光束縱向聚焦；

所述橫向凹透鏡用于對縱向聚焦之后的激光光束進行橫向聚焦；

所述三角透鏡用于對橫向聚焦之后的激光光束進行擴散，得到所述片光。

6.根據(jù)權利要求1所述泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置，其特征在于，所述動力裝置包括：驅動裝置以及與其連接的兩個連接軸，每一所述連接軸分別連接其中一個所述玻璃板。

7.根據(jù)權利要求6所述泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置，其特征在于，所述驅動裝置包括：固定支架、兩個驅動齒輪、兩個無動力齒輪、動力齒輪、內外側均帶齒的傳送帶以及電機；

所述電機連接所述動力齒輪，兩個所述無動力齒輪與所述動力齒輪均固定于所述固定支架上，共同帶動所述傳送帶傳動；

兩個所述驅動齒輪分別連接其中一個所述連接軸，并與所述傳送帶的齒相嚙合以驅動所述連接軸，帶動所述玻璃板擺動。

8.根據(jù)權利要求7所述泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置，其特征在于，還包括：角度測量器，所述角度測量器與所述動力齒輪傳動連接，用于測量所述玻璃板的傾斜角度。

9.根據(jù)權利要求1所述泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置，其特征在于，還包括：至少兩個遮光板，所述遮光板可拆卸地設置于所述試驗水槽的頂部和側面。

10.一種泥沙顆粒沉積模擬試驗方法，采用根據(jù)權利要求1-9任一項所述的泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置，其特征在于，包括：

將不同粒徑的吸水珠在水中浸泡設定時間，使其充分吸水膨脹；

將示蹤粒子及浸泡后的所述吸水珠按預定比例置于試驗水槽中兩塊平行的玻璃板之間；

將所述試驗水槽中注入清水，使水面至少淹沒所述吸水珠頂部；

通過動力裝置帶動兩塊所述玻璃板同步擺動；

通過多組并排設置的光線照射裝置中的多個激光器產(chǎn)生相互平行的多組激光束，通過對應的光學轉換裝置將多組激光束轉換成多組相互平行并間隔預設距離的片光，照射所述吸水珠及所述示蹤粒子；

采用高速相機于所述試驗水槽前或后側按預定拍攝頻率拍攝所述吸水珠及所述示蹤粒子的位移圖像，并傳輸至PC機；

PC機利用圖像處理技術，對接收的所述位移圖像進行互相關分析，計算多個不同截面中所述吸水珠縫隙的水速度場及所述吸水珠的位移場；

利用相鄰截面的水速度場，計算截面法線方向的速度矢量。