[發明專利]一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置

在審

• 申請號: 201811079209.6
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109186587A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 曹文洪;劉春晶;丁兆亮;谷蕾蕾;魯婧;劉磊;張治昊;胡健;關見朝;王玉海;朱畢生;趙慧明
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/16;G01M10/00
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 何凡;李林合

本發明涉及一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置，包括中空的卵石殼，卵石殼內設有芯片部分和配重部分，芯片部分和配重部分與卵石殼之間設有減震密封層，芯片部分設有三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊、無線傳輸模塊、無線充電模塊和電源模塊，無線充電模塊與電源模塊相連，電源模塊分別與三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊和無線傳輸模塊相連。本發明所中的卵石推移質在水流作用下運動時可以實時記錄三軸加速度、磁方位角、角加速度等運動信息，可以通過這些運動信息獲取卵石推移質運動的速度、軌跡等運動參數。

技術領域

本發明涉及水工實驗技術領域，具體涉及一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置。

背景技術

推移質又可分為沙質推移質和卵石推移質，卵石推移質一般指粒徑大于5mm的推移質。天然河道中的卵石推移質最大粒徑可達1m以上，采用卵石推移質取樣器采集到的卵石推移質粒徑可達30cm以上。

準確獲取和跟蹤特定推移質顆粒的運動軌跡，對于研究推移質顆粒在水流作用下的運動規律具有重要意義。目前常用的軌跡觀測方法為人工觀測并記錄推移質顆粒的位置，并進行記錄，但記錄誤差大，不夠精確。另一種方法為采用高速相機拍攝顆粒運動，利用圖像處理的方法獲取顆粒運動軌跡，當水槽中只有一個顆粒時這種方法效果較好，但當大量顆粒聚集時，被觀察的顆粒可能會被其他顆粒所遮擋，導致相機無法拍攝其圖像，從而無法獲取其運動軌跡。此外，在泥沙運動研究中常常會用到比密度大于或小于天然沙的泥沙顆粒運動特征，需對選擇不同比重的顆粒進行試驗，比如比泥沙顆粒較輕的煤顆粒，比泥沙顆粒較重的金屬顆粒等。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置，解決獲取推移質運動軌跡不準確的問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置，包括中空的卵石殼，所述卵石殼內設有芯片部分和配重部分，所述芯片部分和配重部分與卵石殼之間設有減震密封層，所述芯片部分上設有三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊、無線傳輸模塊、無線充電模塊和電源模塊，所述無線充電模塊與電源模塊相連，所述電源模塊分別與三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊和無線傳輸模塊相連，所述三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器均分別與存儲模塊和無線傳輸模塊相連，所述配重部分用于調節卵石推移質的質量和密度。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述卵石推移質的密度計算公式為：

ρ_新＝(m₀+ρ₄v₄)/v (1)

在公式(1)中，ρ_新為卵石推移質的密度，m₀為顆粒的基礎質量，m₀＝m₁+M₂+m₃，m₁為卵石殼的質量，m₂為密封減震層的質量，m₃為芯片部分的質量，ρ₄為配重部分的材料密度，v₄為配重部分的體積，v為卵石的原始體積，m為卵石掏空做成卵石殼前的原始質量；當m₀+ρ₄v₄＝M時，卵石推移質的密度與原卵石的密度相同；當m₀+ρ₄v₄<m時，卵石推移質的密度小于原卵石的密度；當m₀+ρ₄v₄>m時，卵石推移質的密度大于原卵石的密度。

進一步，所述三軸加速度傳感器的型號為ADXL345。