[發明專利]一種泥石流流速測量系統及其方法

有效

• 申請號: 202310895984.3
• 申請日: 2023-07-20
• 公開（公告）號: CN116642662B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 曾璐;栗帥;葛永剛;陳劍剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院;水利部成都山地災害與環境研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01P5/26
• 代理公司: 北京中慧創科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11721
• 代理人: 由元

1.一種泥石流流速測量系統，其特征在于，所述系統包括可變坡度的泥石流實驗水槽裝置、激光泥位計傳感器、固定裝置、數據采集裝置和數據處理模塊；

所述可變坡度的泥石流實驗水槽裝置按物料輸送依次包括機械上料機（1）、儲料斗（2）、設置在所述儲料斗（2）上用于物料均勻攪拌的攪拌裝置（3）、帶有變頻電動機的啟閉裝置（4）、可變坡度水槽（5）、消能結構體（6）和尾料回收裝置（7）；所述啟閉裝置（4）設置于所述儲料斗（2）上方與所述上料機（1）相對的一側用于控制所述儲料斗（2）出口閘門（11）的開度；

所述消能結構體（6）為長方體結構，頂部設置能夠通過螺旋裝置（21）自由開啟和關閉的頂蓋，任意調節消能結構體的長度和寬度；

所述固定裝置包括萬能角度尺（15）、豎向固定鋼管（16）和橫向固定鋼管（17）；

所述數據采集裝置由安裝有同步器的數據采集同步器（18）、激光泥位計傳感器（14）和連接線（20）組成，用于采集激光泥位計傳感器信號；所述數據采集同步器（18）通過所述連接線（20）電連接，所述數據采集同步器（18）再通過所述連接線（20）連接到多個位于所述可變坡度的泥石流實驗水槽裝置上的激光泥位計傳感器（14）上，通過所述激光泥位計傳感器（14）完成數據采集；

所述數據處理模塊包括計算機（19），所述計算機（19）通過連接線（20）與所述數據采集同步器（18）電連接，用于對采集到的數據信號進行加工處理。

2.根據權利要求1所述的一種泥石流流速測量系統，其特征在于，所述上料機（1）由變頻電動機（8）、上料斗（9）和導軌（10）組成，其頂部與儲料斗（2）相連，物料由上料斗（9）沿所述導軌（10）移動將物料直接倒入儲料斗（2）。

3.根據權利要求2所述的一種泥石流流速測量系統，其特征在于，所述儲料斗（2）為長方體結構，底部設有坡度。

4.根據權利要求1所述的一種泥石流流速測量系統，其特征在于，所述可變坡度水槽（5）由通過和儲料斗（2）相連的鉸接裝置（12）與所述儲料斗（2）的出口連接，若干個液壓裝置（13）位于所述可變坡度水槽（5）的下部用于在不同位置對所述可變坡度水槽（5）形成支撐作用。

5.根據權利要求1所述的一種泥石流流速測量系統，其特征在于，所述尾料回收裝置（7）為長方體結構，并裝有滑輪，放置在水槽的末端。

6.根據權利要求1所述的一種泥石流流速測量系統，其特征在于，所述激光泥位計傳感器（14）采樣頻率30次/秒、精度1mm，所述激光泥位計傳感器（14）的設置方式是與水槽的底板垂直。

7.一種采用權利要求1-6任一項所述的系統進行的泥石流流速測量方法，其特征在于，所述方法包括

步驟1：檢查泥石流實驗水槽系統；

步驟2：檢查數據信號采集系統；

步驟3：運行數據采集系統并錄制視頻圖像，通過分析獲取泥石流在測算斷面距離為S的長度之間流動的時間間隔；

步驟4：開啟啟閉機進行實驗，記錄實驗過程總時間t，并將實驗數據保存；

步驟5：采用數據信號處理的互相關算法求得泥石流運動的流速V；

所述互相關算法為:

通過激光泥位計傳感器采樣，獲得兩個斷面的泥深時程序列?h₁(t_k)（k的取值為[0，m-1])，?h₂(t_k)（k的取值為[0，m-1]），有：

其中，h₁和h₂為不同位置傳感器各態歷經的平穩隨機過程函數，m表示斷面泥深采樣的樣本數量；t_k表示不同的采樣時刻；h₁(t_k)表示t_k時刻對應的第一個斷面的泥深數值；h₂(t_k)表示t_k時刻對應的第二個斷面的泥深數值；

定義?兩?個?測量斷?面?泥?深?序?列的?各?態?歷經的?平穩隨?機?和之間的?互?相關?函數R₁₂(τ)：

將兩個斷面泥深時程序列帶入互相關函數R₁₂(τ)?，求解R₁₂(τ)最大的峰值R₁₂(τ₀)及所對應的時間差τ₀，

通過計算獲得時間差τ₀后，?根據已經測算的兩個泥深測量斷面在水槽中沿泥石流流向之間的距離S，得到泥石流的平均流動流速V=S/τ₀。