[发明专利]激光辅助识别赫尔-肖氏薄板中颗粒分布的装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光辅助识别赫尔‑肖氏薄板中颗粒分布的方法，采用的器件有赫尔‑肖氏盛颗粒玻片架、激光灯、CCD相机、数据处理系统、密封摄影棚以及赫尔‑肖氏盛颗粒玻片；将颗粒试样填充至赫尔‑肖氏盛颗粒玻片中形成颗粒床，置于密封摄影棚内的赫尔‑肖氏盛颗粒玻片支架上，利用激光灯提供稳定光源，在同一光束的投影下，在固定时间间隔内将由CCD相机采集到的颗粒床的每一帧图片；结合数据处理系统中的AlgolabPtVector图片处理软件与Matlab软件处理识别颗粒床中颗粒分布，通过所识别图片上呈现的不同明暗程度来获得颗粒的薄厚程度，确定颗粒运动轨迹与侵蚀区域，用来观察赫尔‑肖氏薄板中后源侵蚀的发展过程。

技术领域

本发明涉及水利及岩土工程试验系统，特别涉及一种激光辅助识别赫尔-肖氏薄板中颗粒分布，并确定颗粒运动轨迹与侵蚀区域的试验系统。

背景技术

颗粒起动是颗粒运动的基本问题之一，掌握颗粒起动规律对颗粒运动的研究有十分重要的意义。激光辅助识别赫尔-肖氏薄板中颗粒分布的装置及方法能够确定颗粒薄厚分布变化过程，对于观察总结颗粒起动规律具有十分重要的作用。目前赫尔-薄板试验中盛颗粒玻片间距离不可变，且无法直接由肉眼观测得到赫尔-肖氏薄板中颗粒薄厚分布情况与变化过程。由于光的折射，赫尔-肖氏薄板试验中赫尔-肖氏薄板中颗粒在平行自然光下也是无法识别的，而激光由于具有非常好的方向性、单色性和极高的发光强度，能够从单个颗粒层面上研究赫尔-肖氏薄板中颗粒的层数分布情况，确定颗粒的运动轨迹，有利于掌握颗粒起动规律，深入研究后源侵蚀的起动以及发展过程。

为得到精确的试验结果，急需提出一种试样分布情况的检验方法，在试验过程中对试样进行科学的检测。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种激光辅助识别赫尔-肖氏薄板中颗粒分布的装置及方法，利用激光照射赫尔-肖氏薄板中颗粒，考虑均匀密实粉颗粒在不同薄厚程度下的明暗程度差异，通过处理试验图片确定赫尔-肖氏薄板中颗粒的薄厚程度，以配合观察研究赫尔-肖氏薄板中的渗流侵蚀发展过程。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种激光辅助识别赫尔-肖氏薄板中颗粒分布的装置，包括设置在密封摄影棚内的赫尔-肖氏盛颗粒玻片架，所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片架上放置有赫尔-肖氏盛颗粒玻片，所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片的上方设置有光源，所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片的下方设有CCD相机，所述CCD相机连接至数据处理系统；所述光源采用激光灯；所述激光灯的型号为ZLM12D650-43BD，可射出光束直径为30mm的红光点状激光平行光源；所述激光灯的高度根据所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片的半径进行调整，以保证所述激光灯射出光束的直径≥赫尔-肖氏盛颗粒玻片的直径；所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片中的两玻片之间的距离可调，间距调节的范围在0.5～3.0mm之间；所述CCD相机采用型号为acA640-90gm-Basler ace的工业定制相机，所述CCD相机的镜头冲向所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片；所述数据处理系统包括安装在一台计算机中的Matlab软件和AlgolabPtVector图片处理软件，所述数据处理系统接收、记录和处理来自于所述CCD相机的数据。

进一步讲，本发明所述的激光辅助识别赫尔-肖氏薄板中颗粒分布的装置，其中，所述CCD相机的镜头轴线与所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片的中心线重合。

所述光源处于关闭状态时，所述密封摄影棚内处于绝对无光状态。

同时，本发明中还提供了利用上述激光辅助识别赫尔-肖氏薄板中颗粒分布的装置进行识别的方法，首先，将颗粒试样填充至所述赫尔-肖氏盛颗粒玻片中形成颗粒床；然后，在激光灯同一光束的投影下，在固定时间间隔内将由所述CCD相机采集到的颗粒床的每一帧图片；最后，结合数据处理系统中的AlgolabPtVector图片处理软件与Matlab软件处理识别所述颗粒床中颗粒分布，通过所有图片确定颗粒运动轨迹与侵蚀区域。