本實(shí)用新型屬于地質(zhì)災(zāi)害模擬實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種追蹤波浪表面形態(tài)的模型試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

中國是個(gè)沿海大國，擁有18000多千米的大陸岸線，并且經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市皆位于東部沿海地區(qū)。填海造陸、油氣開發(fā)、島嶼保護(hù)等成為了國家重大發(fā)展戰(zhàn)略。然而由于海床地質(zhì)條件和海況的復(fù)雜性，以及目前對(duì)海底邊坡不穩(wěn)定性研究的不完備，海洋工程設(shè)施安全性經(jīng)常受到嚴(yán)重威脅。

海浪對(duì)海底邊坡的沖刷作用是引起海底邊坡不穩(wěn)定性的重要因素，因此研究海浪對(duì)海底邊坡、人工島、油氣勘探平臺(tái)等工程設(shè)施的安全影響具有重要的意義。由于實(shí)際工程的復(fù)雜性，我國學(xué)者開展了大量地質(zhì)力學(xué)相似模型試驗(yàn)研究工作，但也存在明顯的問題和缺陷，在做地質(zhì)力學(xué)相似模型試驗(yàn)時(shí)，通常以研究邊坡等不良地質(zhì)體為主，以監(jiān)測(cè)邊坡等不良地質(zhì)體的位移、應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)橹饕ぷ?，?duì)研究波浪表面形態(tài)變化、波浪強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)等缺乏相應(yīng)的設(shè)備和方法。

另外，研究波浪對(duì)海底邊坡等不良地質(zhì)體的作用時(shí)，通常需要通過人工方法制造波浪，但是由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的限制，波浪回?fù)舢a(chǎn)生重疊效應(yīng)導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)對(duì)波浪的真實(shí)模擬，而普通的消波裝置由于實(shí)驗(yàn)條件限制，其消波效率難以測(cè)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供一種追蹤波浪表面形態(tài)的模型試驗(yàn)系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的一種追蹤波浪表面形態(tài)的模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括：

造波裝置，其用于制造模擬海水沖刷海底邊坡的波浪；

圖像采集裝置，其用于實(shí)時(shí)采集模擬海水沖刷海底邊坡的波浪圖像，并傳送至波浪形態(tài)分析裝置；

所述波浪形態(tài)分析裝置，用于對(duì)接收到的波浪圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及波浪表面形態(tài)和參數(shù)的分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)造波裝置及整個(gè)模型試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)；

所述造波裝置，包括：

試驗(yàn)臺(tái)架，其按工程實(shí)際相似比進(jìn)行設(shè)計(jì)，兩端為混凝土結(jié)構(gòu)，中間部分采用透明玻璃鋼材料與兩端接連；

所述試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)按照工程實(shí)際進(jìn)行分層鋪設(shè)海底邊坡模型；試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)的液體采用海水原液或者按照相似模型試驗(yàn)要求進(jìn)行配比；所述試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)還安裝消波裝置，用于防止波浪的回?fù)魧?duì)前進(jìn)波浪產(chǎn)生干擾。

進(jìn)一步地，圖像采集裝置固定于試驗(yàn)臺(tái)架的上方且位于所述消波裝置的前后兩側(cè)。

為了防止試驗(yàn)過程中迸濺出來的液體對(duì)圖像采集裝置產(chǎn)生損壞，圖像采集裝置固定的高度大于波浪迸濺的高度；而且固定圖像采集裝置，能夠防止出現(xiàn)由于試驗(yàn)過程中的震動(dòng)引起搖擺等行為造成的圖像不清晰的問題。圖像采集裝置對(duì)消波裝置前后波浪表面形態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)將消波裝置前后波浪真實(shí)形態(tài)與參數(shù)在波浪分析系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比顯示，為科研人員進(jìn)行消波器消波性能的分析提供了一種新了研究方法。

進(jìn)一步地，所述圖像采集裝置通過高頻數(shù)據(jù)線將采集的圖像傳送至波浪形態(tài)分析裝置。

高頻數(shù)據(jù)線能夠快速完整地將圖像采集裝置實(shí)時(shí)采集的圖像傳送至波浪形態(tài)分析裝置。

進(jìn)一步地，所述波浪形態(tài)分析裝置包括圖像處理器，所述圖像處理器與顯示器相連。

通過圖像處理器對(duì)接收到的波浪圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及波浪表面形態(tài)和參數(shù)的分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)造波裝置及整個(gè)模型試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)；顯示器用于實(shí)時(shí)顯示波浪表面形態(tài)和參數(shù)的分析結(jié)果。

該系統(tǒng)還包括海底邊坡模型監(jiān)測(cè)裝置，其包括微處理器、壓力光纖傳感器和位移光纖傳感器，所述壓力光纖傳感器用于實(shí)時(shí)采集海底邊坡模型的應(yīng)力及壓力并傳送至微處理器，所述位移光纖傳感器用于實(shí)時(shí)采集海底邊坡模型的位移并傳送至微處理器，所述微處理器對(duì)接收的信息處理來判斷海底邊坡模型的穩(wěn)定性。

本實(shí)用新型通過海底邊坡模型監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海底邊坡模型的各項(xiàng)參數(shù)來保證海底邊坡模型的穩(wěn)定性。

本實(shí)用新型的有益效果為：

(1)本實(shí)用新型解決了模型試驗(yàn)中波浪表面形態(tài)難以捕捉和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問題以及消波裝置消波效率難以測(cè)定的問題，方便直觀地將消波器前后波浪表面形態(tài)參數(shù)展現(xiàn)出來，為模型試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、反饋、調(diào)節(jié)、優(yōu)化等提供了強(qiáng)有力的支持，與前人研究相比，取得了與工程更為接近、適用范圍更廣的成果。

(2)本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式簡單，操作方便，不需要埋設(shè)任何電子元件，方便移動(dòng)和拆卸，并可重復(fù)使用，為科研人員提供了新的設(shè)備安裝思路。

(3)本實(shí)用新型系統(tǒng)，可以與模型試驗(yàn)的其他結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合，如通過與造波系統(tǒng)的聯(lián)合，可以實(shí)現(xiàn)波浪參數(shù)的實(shí)時(shí)反饋，為更加真實(shí)的模擬波浪形態(tài)提供反饋信息，從而可以方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化，為科研人員提供了有效的控制手段。

(4)本實(shí)用新型可用于各類動(dòng)態(tài)流體表面形態(tài)的追蹤獲取，如水道泄洪、海浪沖擊、水庫蓄水等模型試驗(yàn)系統(tǒng)，以及由于消波裝置等實(shí)驗(yàn)裝置前后波浪表面形態(tài)的測(cè)定與對(duì)比，實(shí)現(xiàn)消波器前后波浪表面形態(tài)的動(dòng)態(tài)追蹤與實(shí)時(shí)成像，為整體試驗(yàn)系統(tǒng)的開展和優(yōu)化提供有效的指導(dǎo)作用。

附圖說明

圖1是一種追蹤波浪表面形態(tài)的模型試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-試驗(yàn)臺(tái)架，2-高速攝像機(jī)，3-消波器，4-高頻數(shù)據(jù)線，5-波浪形態(tài)分析裝置，6-波浪表面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明：

圖1是一種追蹤波浪表面形態(tài)的模型試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示的追蹤波浪表面形態(tài)的模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括造波裝置、圖像采集裝置和浪形態(tài)分析裝置。

其中，(1)造波裝置，其用于制造模擬海水沖刷海底邊坡的波浪。

造波裝置，包括：

試驗(yàn)臺(tái)架1，其按工程實(shí)際相似比進(jìn)行設(shè)計(jì)，兩端為混凝土結(jié)構(gòu)，中間部分采用透明玻璃鋼材料與兩端接連；

所述試驗(yàn)臺(tái)架1內(nèi)按照工程實(shí)際進(jìn)行分層鋪設(shè)海底邊坡模型；試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)1的液體采用海水原液或者按照相似模型試驗(yàn)要求進(jìn)行配比；所述試驗(yàn)臺(tái)架1內(nèi)還安裝消波裝置，用于防止波浪的回?fù)魧?duì)前進(jìn)波浪產(chǎn)生干擾。

為了觀察方便，試驗(yàn)臺(tái)架1中間部分采用透明玻璃鋼材料。

采用現(xiàn)有方法在試驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)分層鋪設(shè)海底邊坡模型；可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)不同的流固模型系統(tǒng)，包括試驗(yàn)臺(tái)架1底部海底或河底的填埋、試驗(yàn)臺(tái)架1中部海溝或者河道的區(qū)直、試驗(yàn)臺(tái)架上部流體類型選擇及填充高度等。

(2)圖像采集裝置，其用于實(shí)時(shí)采集模擬海水沖刷海底邊坡的波浪圖像，并傳送至波浪形態(tài)分析裝置。

圖像采集裝置以高速攝像機(jī)2，且消波裝置選用消波器3為例：

高速攝像機(jī)2固定于試驗(yàn)臺(tái)架的上方且位于消波器3的前后兩側(cè)。

進(jìn)一步地，所述高速攝像機(jī)2通過高頻數(shù)據(jù)4線將采集的圖像傳送至波浪形態(tài)分析裝置5。

高頻數(shù)據(jù)線能夠快速完整地將圖像采集裝置實(shí)時(shí)采集的圖像傳送至波浪形態(tài)分析裝置。

根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地，合理布局高速攝像機(jī)的位置，高速攝像機(jī)分為消波裝置前、后兩部分，使其能夠清楚地拍攝到完整波浪形態(tài)，并且為了防止液體迸濺損壞機(jī)器，應(yīng)該適當(dāng)安置其高度和角度等。

為了防止試驗(yàn)過程中迸濺出來的液體對(duì)高速攝像機(jī)產(chǎn)生損壞，高速攝像機(jī)固定的高度大于波浪迸濺的高度；而且固定高速攝像機(jī)，能夠防止出現(xiàn)由于試驗(yàn)過程中的震動(dòng)引起搖擺等行為造成的圖像不清晰的問題。高速攝像機(jī)對(duì)消波裝置前后波浪表面形態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)將消波器前后波浪真實(shí)形態(tài)與參數(shù)在波浪分析系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比顯示，為科研人員進(jìn)行消波器消波性能的分析提供了一種新了研究方法。

采用高速攝像機(jī)高頻率地記錄波浪動(dòng)態(tài)演化過程，對(duì)消波器前后波浪表面形態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的追蹤，可以細(xì)致地反映波浪在前進(jìn)過程中波頻、波幅和波浪表面形狀的變化過程，為真實(shí)模仿海浪等流體流動(dòng)提供了新的研究途徑。

(3)波浪形態(tài)分析裝置，用于對(duì)接收到的波浪圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及波浪表面6的形態(tài)和參數(shù)的分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)造波裝置及整個(gè)模型試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

高速攝像機(jī)2通過高速數(shù)據(jù)線4與波浪形態(tài)分析裝置5連接，在進(jìn)行正式模型試驗(yàn)前，應(yīng)進(jìn)行前期系統(tǒng)測(cè)試，從而保證正式模型試驗(yàn)的順利展開；

在進(jìn)行正式模型試驗(yàn)中，利用高速攝像機(jī)2追蹤捕捉波浪表面6形態(tài)和真實(shí)圖像并傳輸?shù)讲ɡ诵螒B(tài)分析裝置5，通過波浪形態(tài)分析裝置5進(jìn)行實(shí)時(shí)反演和分析，直觀展現(xiàn)波浪形態(tài)和參數(shù)隨時(shí)間的變化過程，并且將消波器3前后波浪形態(tài)及相關(guān)參數(shù)直觀展現(xiàn)出來，通過參數(shù)對(duì)比等為整體試驗(yàn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和優(yōu)化提供反饋信息。

進(jìn)一步地，波浪形態(tài)分析裝置包括圖像處理器，所述圖像處理器與顯示器相連。

通過圖像處理器對(duì)接收到的波浪圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及波浪表面形態(tài)和參數(shù)的分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)造波裝置及整個(gè)模型試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)；顯示器用于實(shí)時(shí)顯示波浪表面形態(tài)和參數(shù)的分析結(jié)果。

該系統(tǒng)還包括海底邊坡模型監(jiān)測(cè)裝置，其包括微處理器、壓力光纖傳感器和位移光纖傳感器，所述壓力光纖傳感器用于實(shí)時(shí)采集海底邊坡模型的應(yīng)力及壓力并傳送至微處理器，所述位移光纖傳感器用于實(shí)時(shí)采集海底邊坡模型的位移并傳送至微處理器，所述微處理器對(duì)接收的信息處理來判斷海底邊坡模型的穩(wěn)定性。

其中，微處理器可采用單片機(jī)或CPLD芯片予以實(shí)現(xiàn)；

壓力光纖傳感器和位移光纖傳感器均可采用現(xiàn)有的型號(hào)。

海底邊坡等不良地質(zhì)體的填埋，監(jiān)測(cè)元件及監(jiān)測(cè)設(shè)備的選用及埋設(shè)等可使用現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

本實(shí)用新型通過海底邊坡模型監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海底邊坡模型的各項(xiàng)參數(shù)來保證海底邊坡模型的穩(wěn)定性。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。