[發明專利]一種基于透明樁體影像識別的局部沖刷實時監測實驗裝置

在審

• 申請號: 202111515109.5
• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114217324A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 漆文剛;汪寧;高福平;王順意
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/481
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 吳迪

本發明涉及樁體監測實驗裝置技術領域，提供了一種基于透明樁體影像識別的局部沖刷實時監測實驗裝置，包括裝置本體，裝置本體包括中空透明的樁基模型，遠離地面側的樁基模型的端部連接有驅動系統，驅動系統連接有插入樁基模型內部的驅動軸，遠離驅動系統側的驅動軸的端部連接有攝像頭，驅動系統帶動驅動軸升降及旋轉，攝像頭隨驅動軸進行同步升降及旋轉；本發明能夠避免因水面波動、水體折射、渾濁、拍攝角度非水平等因素造成的測量誤差；測量過程中由驅動系統帶動驅動軸使攝像頭沿樁基模型的樁軸線和樁周進行掃描測量，攝像頭隨驅動軸帶動，隨驅動系統帶動而實現升降及旋轉，測量全過程無需實驗操作人員進行任何操作，節約人力。

技術領域

本發明涉及樁體監測實驗裝置技術領域，具體涉及一種基于透明樁體影像識別的局部沖刷實時監測實驗裝置。

背景技術

大直徑單樁是海上風力機最為廣泛采用的基礎形式。大直徑單樁基礎具有良好的承載能力，可在風荷載及波流荷載作用下保證風機結構的穩定。大直徑單樁基礎在海流、波浪等海洋環境載荷的單獨或聯合作用下，樁基周圍的海床表層土體受到馬蹄渦和尾渦的沖蝕，易在樁身附近發生顯著的局部沖刷，從而減小了大直徑單樁的有效嵌入深度，對風機的安全運行產生不利影響，主要包括：(1)極大的削弱大直徑單樁基礎的水平承載能力，影響上部風機的運行安全；(2)減小樁基的自振頻率，使得樁基自振頻率與波浪的高頻部分頻率接近，進而導致波浪作用下的樁基動力響應更為劇烈；(3)使得樁基表面固定海底電纜的附屬結構J-tube發生懸跨，影響其結構安全。因此，模型試驗作為樁周沖刷的重要研究手段，在試驗過程中對土體沖刷深度進行準確測量非常必要。

對模型試驗過程中樁周土體沖刷深度的傳統測量手段主要有超聲波地形儀、激光測距儀、外部攝像等。上述方法在試驗過程中易受環境干擾而影響測量精度：如超聲波地形儀、激光測距儀會受到泥面附近懸浮顆粒物的影響而無法正常工作，且無法沿樁周實現連續測量。而外部攝像法則受到水體渾濁度、水體折射、拍攝角度等因素的干擾，從而對測量結果造成影響。

內部攝像方法已經在工程領域被廣泛用于管樁、灌注樁成樁質量以及樁身損傷檢測工作，該方法采用人工手段將攝像頭深入樁身鉆孔，以拍攝并檢查樁身內部的空洞或裂縫。現有技術將內部攝像法用于試驗室透明模型樁周圍土體的沖刷深度測量。其采用一臺步進電機帶動設置在泥面深度附近的反光鏡沿樁周轉動，通過對反光鏡中的像進行拍攝，并采用顏色梯度法對圖像中的泥面位置進行識別，從而測量樁周沖刷深度。該方法雖然能獲得較清晰的樁周沖刷影像，但由于其反射鏡深度固定，當沖刷深度變化較大時將無法完整測量沖刷深度的演變過程。而且樁周沖刷深度的發展過程往往要經歷數小時乃至十幾小時，使用上述方法需要實驗人員現場值班，并以手動開關電動機完成定時測量。這在試驗后期沖刷深度變化速率極為緩慢時將造成巨大的時間浪費。

如何有效地解決上述技術問題，是目前本領域技術人員需解決的問題。

發明內容

為了解決上述技術問題或者至少部分地解決上述技術問題，本發明提供了一種基于透明樁體影像識別的局部沖刷實時監測實驗裝置。

基于透明樁體影像識別的局部沖刷實時監測實驗裝置包括裝置本體，所述裝置本體包括中空透明的樁基模型，遠離地面側的所述樁基模型的端部連接有驅動系統，所述驅動系統連接有插入所述樁基模型內部的驅動軸，遠離所述驅動系統側的所述驅動軸的端部連接有攝像頭；

所述驅動系統帶動所述驅動軸升降及旋轉，所述攝像頭隨所述驅動軸進行同步升降及旋轉。

進一步地，所述驅動系統包括動力源，所述動力源連接有間歇控制單元，所述間歇控制單元連接有往復控制單元，所述往復控制單元連接有回轉控制單元。

進一步地，所述間歇控制單元包括：固定板；

所述固定板的一側設置有第一輪組，所述第一輪組上連接有帶通孔的皮帶，所述固定板的另一側設置有與所述第一輪組同軸的第一齒輪，所述動力源的輸出軸的端部設置有與所述第一齒輪相嚙合的蝸桿；