一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置，包括中空的卵石殼，卵石殼內設有芯片部分和配重部分，芯片部分和配重部分與卵石殼之間設有減震密封層，芯片部分設有三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊、無線傳輸模塊、無線充電模塊和電源模塊，無線充電模塊與電源模塊相連，電源模塊分別與三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊和無線傳輸模塊相連。本發明專利技術所中的卵石推移質在水流作用下運動時可以實時記錄三軸加速度、磁方位角、角加速度等運動信息，可以通過這些運動信息獲取卵石推移質運動的速度、軌跡等運動參數。

A Pebble Bed Load Motion Research Device with Variable Specific Weight and Self-Counting Trajectory

The invention relates to a pebble bed load motion research device with variable specific gravity and self-tracing, which comprises a hollow pebble shell, a chip part and a counterweight part inside the pebble shell, a shock absorption seal layer between the chip part and the counterweight part and the pebble shell, and a three-axis acceleration sensor, a three-axis magnetic azimuth sensor, a triaxial angular acceleration sensor, a storage module. Wireless transmission module, wireless charging module and power module, wireless charging module is connected with power module, power module is respectively connected with three-axis acceleration sensor, three-axis magnetic azimuth sensor, three-axis angular acceleration sensor, storage module and wireless transmission module. The pebble bed load in the invention can record real-time motion information such as triaxial acceleration, magnetic azimuth angle, angular acceleration and so on when it moves under the action of water flow, and can obtain motion parameters such as velocity and trajectory of pebble bed load movement through these motion information.

【技術實現步驟摘要】
一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置
本專利技術涉及水工實驗
，具體涉及一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置。
技術介紹
推移質又可分為沙質推移質和卵石推移質，卵石推移質一般指粒徑大于5mm的推移質。天然河道中的卵石推移質最大粒徑可達1m以上，采用卵石推移質取樣器采集到的卵石推移質粒徑可達30cm以上。準確獲取和跟蹤特定推移質顆粒的運動軌跡，對于研究推移質顆粒在水流作用下的運動規律具有重要意義。目前常用的軌跡觀測方法為人工觀測并記錄推移質顆粒的位置，并進行記錄，但記錄誤差大，不夠精確。另一種方法為采用高速相機拍攝顆粒運動，利用圖像處理的方法獲取顆粒運動軌跡，當水槽中只有一個顆粒時這種方法效果較好，但當大量顆粒聚集時，被觀察的顆粒可能會被其他顆粒所遮擋，導致相機無法拍攝其圖像，從而無法獲取其運動軌跡。此外，在泥沙運動研究中常常會用到比密度大于或小于天然沙的泥沙顆粒運動特征，需對選擇不同比重的顆粒進行試驗，比如比泥沙顆粒較輕的煤顆粒，比泥沙顆粒較重的金屬顆粒等。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置，解決獲取推移質運動軌跡不準確的問題。本專利技術解決上述技術問題的技術方案如下：一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置，包括中空的卵石殼，所述卵石殼內設有芯片部分和配重部分，所述芯片部分和配重部分與卵石殼之間設有減震密封層，所述芯片部分上設有三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊、無線傳輸模塊、無線充電模塊和電源模塊，所述無線充電模塊與電源模塊相連，所述電源模塊分別與三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊和無線傳輸模塊相連，所述三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器均分別與存儲模塊和無線傳輸模塊相連，所述配重部分用于調節卵石推移質的質量和密度。在上述技術方案的基礎上，本專利技術還可以做如下改進。進一步，所述卵石推移質的密度計算公式為：ρ新＝(m0+ρ4v4)/v(1)在公式(1)中，ρ新為卵石推移質的密度，m0為顆粒的基礎質量，m0＝m1+M2+m3，m1為卵石殼的質量，m2為密封減震層的質量，m3為芯片部分的質量，ρ4為配重部分的材料密度，v4為配重部分的體積，v為卵石的原始體積，m為卵石掏空做成卵石殼前的原始質量；當m0+ρ4v4＝M時，卵石推移質的密度與原卵石的密度相同；當m0+ρ4v4<m時，卵石推移質的密度小于原卵石的密度；當m0+ρ4v4>m時，卵石推移質的密度大于原卵石的密度。進一步，所述三軸加速度傳感器的型號為ADXL345。進一步，所述三軸磁方位傳感器的型號為HMC5883L。進一步，所述三軸角加速度傳感器的型號為L3G4200D。進一步，所述存儲模塊型號為S29GL01GP12TFI010。進一步，所述無線傳輸模塊型號為nRF51822。進一步，所述無線充電模塊型號為IDTP9221－R。進一步，所述電源模塊為IDTP9145。進一步，所述卵石殼的厚度為5mm。本專利技術的有益效果是：(1)本專利技術所中的卵石推移質在水流作用下運動時可以實時記錄三軸加速度、磁方位角、角加速度等運動信息，可以通過這些運動信息獲取卵石推移質運動的速度、軌跡等運動參數。(2)所有運動信息可以存儲在卵石推移質內部，數據可以通過無線傳輸的方式傳出；卵石推移質內部供電系統也采用無線充電的方式充電，從而當卵石推移質制作完成后可以不用打開內部而完成多次提取數據、充電，從而完成多次試驗。(3)卵石推移質內部具備配重模塊，可以通過改變配重材料類型，改變卵石推移質的密度，滿足不同密度運動卵石推移質研究的需要。附圖說明圖1為本專利技術的結構圖；圖2為本專利技術中芯片部分的連接關系圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下：1、卵石殼，2、減震密封層，3、芯片部分，4、配重部分。具體實施方式以下結合附圖對本專利技術的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本專利技術，并非用于限定本專利技術的范圍。如圖1和圖2共同所示，一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置，包括中空的卵石殼1，卵石殼1內設有芯片部分3和配重部分4，芯片部分3和配重部分4與卵石殼1之間設有減震密封層2，芯片部分3上設有三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊、無線傳輸模塊、無線充電模塊和電源模塊，無線充電模塊與電源模塊相連，電源模塊分別與三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊和無線傳輸模塊相連，三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器均分別與存儲模塊和無線傳輸模塊相連，配重部分4用于調節卵石推移質的質量和密度。在本專利技術實施例中，卵石推移質的密度計算公式為：ρ新＝(m0+ρ4v4)/v(1)在公式(1)中，ρ新為卵石推移質的密度，m0為顆粒的基礎質量，m0＝m1+m2+m3，m1為卵石殼的質量，m2為密封減震層的質量，m3為芯片部分的質量，ρ4為配重部分的材料密度，v4為配重部分的體積，v為卵石的原始體積，m為卵石掏空做成卵石殼前的原始質量；當m0+ρ4v4＝m時，卵石推移質的密度與原卵石的密度相同；當m0+ρ4v4<m時，卵石推移質的密度小于原卵石的密度；當m0+ρ4v4>m時，卵石推移質的密度大于原卵石的密度。在本專利技術實施例中，三軸加速度傳感器的型號為ADXL345。在本專利技術實施例中，三軸磁方位傳感器的型號為HMC5883L。在本專利技術實施例中，三軸角加速度傳感器的型號為L3G4200D。在本專利技術實施例中，存儲模塊型號為S29GL01GP12TFI010。在本專利技術實施例中，無線傳輸模塊型號為nRF51822。在本專利技術實施例中，無線充電模塊型號為IDTP9221－R。在本專利技術實施例中，電源模塊為IDTP9145。在本專利技術實施例中，所述卵石殼的厚度為5mm。將本專利技術中的卵石推移質放入水槽中，在水流的作用下開始運動，位于芯片部分的各個傳感器開始工作，可實時測量卵石xyz三個方向上的加速度、xyz三個方向上的磁方位夾角，xyz三個方向上的角加速度，并將上述數據存儲在存儲模塊中。試驗結束后，可通過無線傳輸模塊將數據傳輸至外部，利用上述數據可得出卵石推移質的運動軌跡。本專利技術能夠應用于較大的卵石，便于將傳感器內置，現階段可內置傳感器的卵石直徑在50mm左右；未來隨著傳感器制作工藝提高，越來越小的傳感器面世，則本專利技術可采用的卵石粒徑也會越來越小，甚至應用到沙質推移質上。以上所述僅為本專利技術的較佳實施例，并不用以限制本專利技術，凡在本專利技術的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置，其特征在于，包括中空的卵石殼(1)，所述卵石殼(1)內設有芯片部分(3)和配重部分(4)，所述芯片部分(3)和配重部分(4)與卵石殼(1)之間設有減震密封層(2)，所述芯片部分(3)上設有三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊、無線傳輸模塊、無線充電模塊和電源模塊，所述無線充電模塊與電源模塊相連，所述電源模塊分別與三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊和無線傳輸模塊相連，所述三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器均分別與存儲模塊和無線傳輸模塊相連，所述配重部分(4)用于調節卵石推移質的質量和密度。

【技術特征摘要】
1.一種比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置，其特征在于，包括中空的卵石殼(1)，所述卵石殼(1)內設有芯片部分(3)和配重部分(4)，所述芯片部分(3)和配重部分(4)與卵石殼(1)之間設有減震密封層(2)，所述芯片部分(3)上設有三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊、無線傳輸模塊、無線充電模塊和電源模塊，所述無線充電模塊與電源模塊相連，所述電源模塊分別與三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器、存儲模塊和無線傳輸模塊相連，所述三軸加速度傳感器、三軸磁方位傳感器、三軸角加速度傳感器均分別與存儲模塊和無線傳輸模塊相連，所述配重部分(4)用于調節卵石推移質的質量和密度。2.根據權利要求1所述的比重可變和軌跡自計的卵石推移質運動研究裝置，其特征在于，所述卵石推移質的密度計算公式為：ρ新＝(m0+ρ4v4)/v(1)在公式(1)中，ρ新為卵石推移質的密度，m0為顆粒的基礎質量，m0＝m1+m2+m3，m1為卵石殼的質量，m2為密封減震層的質量，m3為芯片部分的質量，ρ4為配重部分的材料密度，v4為配重部分的體積，v為卵石的原始體積，m為卵石掏空做成卵石殼前的原始質量；當m0+ρ4v4＝m時，卵石推移質的密度與原卵石的密度相同；當m0+ρ4...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹文洪，劉春晶，丁兆亮，谷蕾蕾，魯婧，劉磊，張治昊，胡健，關見朝，王玉海，朱畢生，趙慧明，
申請(專利權)人：中國水利水電科學研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11