[發明專利]激光輔助識別赫爾-肖氏薄板中顆粒分布的裝置及方法

在審

• 申請號: 202010117702.3
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111289408A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 鄭剛;王佳琳;張天奇;佟婧博;朱銳;王瑞坤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種激光輔助識別赫爾?肖氏薄板中顆粒分布的方法，采用的器件有赫爾?肖氏盛顆粒玻片架、激光燈、CCD相機、數據處理系統、密封攝影棚以及赫爾?肖氏盛顆粒玻片；將顆粒試樣填充至赫爾?肖氏盛顆粒玻片中形成顆粒床，置于密封攝影棚內的赫爾?肖氏盛顆粒玻片支架上，利用激光燈提供穩定光源，在同一光束的投影下，在固定時間間隔內將由CCD相機采集到的顆粒床的每一幀圖片；結合數據處理系統中的AlgolabPtVector圖片處理軟件與Matlab軟件處理識別顆粒床中顆粒分布，通過所識別圖片上呈現的不同明暗程度來獲得顆粒的薄厚程度，確定顆粒運動軌跡與侵蝕區域，用來觀察赫爾?肖氏薄板中后源侵蝕的發展過程。

技術領域

本發明涉及水利及巖土工程試驗系統，特別涉及一種激光輔助識別赫爾-肖氏薄板中顆粒分布，并確定顆粒運動軌跡與侵蝕區域的試驗系統。

背景技術

顆粒起動是顆粒運動的基本問題之一，掌握顆粒起動規律對顆粒運動的研究有十分重要的意義。激光輔助識別赫爾-肖氏薄板中顆粒分布的裝置及方法能夠確定顆粒薄厚分布變化過程，對于觀察總結顆粒起動規律具有十分重要的作用。目前赫爾-薄板試驗中盛顆粒玻片間距離不可變，且無法直接由肉眼觀測得到赫爾-肖氏薄板中顆粒薄厚分布情況與變化過程。由于光的折射，赫爾-肖氏薄板試驗中赫爾-肖氏薄板中顆粒在平行自然光下也是無法識別的，而激光由于具有非常好的方向性、單色性和極高的發光強度，能夠從單個顆粒層面上研究赫爾-肖氏薄板中顆粒的層數分布情況，確定顆粒的運動軌跡，有利于掌握顆粒起動規律，深入研究后源侵蝕的起動以及發展過程。

為得到精確的試驗結果，急需提出一種試樣分布情況的檢驗方法，在試驗過程中對試樣進行科學的檢測。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提出一種激光輔助識別赫爾-肖氏薄板中顆粒分布的裝置及方法，利用激光照射赫爾-肖氏薄板中顆粒，考慮均勻密實粉顆粒在不同薄厚程度下的明暗程度差異，通過處理試驗圖片確定赫爾-肖氏薄板中顆粒的薄厚程度，以配合觀察研究赫爾-肖氏薄板中的滲流侵蝕發展過程。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種激光輔助識別赫爾-肖氏薄板中顆粒分布的裝置，包括設置在密封攝影棚內的赫爾-肖氏盛顆粒玻片架，所述赫爾-肖氏盛顆粒玻片架上放置有赫爾-肖氏盛顆粒玻片，所述赫爾-肖氏盛顆粒玻片的上方設置有光源，所述赫爾-肖氏盛顆粒玻片的下方設有CCD相機，所述CCD相機連接至數據處理系統；所述光源采用激光燈；所述激光燈的型號為ZLM12D650-43BD，可射出光束直徑為30mm的紅光點狀激光平行光源；所述激光燈的高度根據所述赫爾-肖氏盛顆粒玻片的半徑進行調整，以保證所述激光燈射出光束的直徑≥赫爾-肖氏盛顆粒玻片的直徑；所述赫爾-肖氏盛顆粒玻片中的兩玻片之間的距離可調，間距調節的范圍在0.5～3.0mm之間；所述CCD相機采用型號為acA640-90gm-Basler ace的工業定制相機，所述CCD相機的鏡頭沖向所述赫爾-肖氏盛顆粒玻片；所述數據處理系統包括安裝在一臺計算機中的Matlab軟件和AlgolabPtVector圖片處理軟件，所述數據處理系統接收、記錄和處理來自于所述CCD相機的數據。

進一步講，本發明所述的激光輔助識別赫爾-肖氏薄板中顆粒分布的裝置，其中，所述CCD相機的鏡頭軸線與所述赫爾-肖氏盛顆粒玻片的中心線重合。

所述光源處于關閉狀態時，所述密封攝影棚內處于絕對無光狀態。

同時，本發明中還提供了利用上述激光輔助識別赫爾-肖氏薄板中顆粒分布的裝置進行識別的方法，首先，將顆粒試樣填充至所述赫爾-肖氏盛顆粒玻片中形成顆粒床；然后，在激光燈同一光束的投影下，在固定時間間隔內將由所述CCD相機采集到的顆粒床的每一幀圖片；最后，結合數據處理系統中的AlgolabPtVector圖片處理軟件與Matlab軟件處理識別所述顆粒床中顆粒分布，通過所有圖片確定顆粒運動軌跡與侵蝕區域。