本發明專利技術涉及土工試驗領域的試樣微形變量測，尤其涉及土工離心機的土體試樣微形變量測。公開了一種土體試樣微形變的成像檢測裝置，包括土工離心機，土工離心機的模型箱外側固定有照相機系統，模型箱內放置有土體試樣，模型箱的透明窗口有機玻璃內側面設置有固定參考坐標格網。本發明專利技術還公開了一種利用土體試樣微形變的成像檢測裝置對土體試樣進行成像檢測的方法。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及土工試驗領域的試樣微形變量測，尤其涉及土工離心機的土體試樣微形變量測。公開了一種土體試樣微形變的成像檢測裝置，包括土工離心機，土工離心機的模型箱外側固定有照相機系統，模型箱內放置有土體試樣，模型箱的透明窗口有機玻璃內側面設置有固定參考坐標格網。本專利技術還公開了一種利用土體試樣微形變的成像檢測裝置對土體試樣進行成像檢測的方法。【專利說明】—種土體試樣微形變的成像檢測裝置及方法
本專利技術涉及土工試驗領域的試樣微形變量測，尤其涉及土工離心機的土體試樣微形變量測。
技術介紹
土工離心機是以室內試驗模擬土工作業現場土體受力導致變形的大型室內試驗設備。模型箱里的土體所受的作用力來自離心機旋轉時產生的離心力。離心機轉速與離心力成正比，離心機通過控制系統調整轉速達到模型土體試驗需要的壓力。大型土工離心機由旋轉臂、與旋轉臂相連的立柱、旋轉臂一端的模型箱和另一端的配重箱以及驅動和控制系統構成。運行時，由配套的成像系統對高速旋轉的模型箱里面的土工模型進行拍照，以得到在離心受力狀態下的土工模型動態變化工程?，F有的土工離心機成像檢測系統多采用在離心機室上方打開一個窗口，窗口處固定照明光源和一臺照照相機。當離心機工作的時候，離心機室成為一個全封閉的空間。當離心機的轉速達到試驗要求時，模型箱轉到照照相機照相的區域內，觸發照照相機快門，拍攝一張圖像。每旋轉一周，可以拍攝圖像數< I。通過對拍攝圖像的觀察分析，得到土體試樣受力形變的信息。但是這種方法存在缺陷:在離心機試驗中，照相系統固定在離心機室的混凝土頂板上，離心機旋臂端的模型箱2處于圓周運動狀態，固定在混凝土頂板上的成像系統與旋臂上的模型箱是在相對運動模式下工作的，得到的圖像發生圖像運動模糊。圖像的模糊直接導致土樣形變量不能準確量測。離心機轉速越高，圖像越模糊，測得的土樣形變量精度越低。為了解決上述問題，申請號為201010262816.3，名稱為一種大型土工離心機的成像裝置對現有的成像系統做出了改進，改進后的裝置能正對模型的任意一點進行拍攝，圖像的清晰度相對現有的成像系統更高。但該專利所述的成像裝置的土樣微形變測量效果較差。由于土工離心機I的模型形變量是現場實際形變量的1/60，也就是說要講模型形變量乘以60才能得到現場形變量，該專利所述裝置的成像系統不能勝任微形變分析的需求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供。該裝置能對模型任意一點進行拍攝，精確獲取微型變量，且成本低，易于實施。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是:一種土體試樣微形變的成像檢測裝置，包括土工離心機1，土工離心機I的模型箱2外側固定有照相機系統3，模型箱2內放置有土體試樣，其特征在于，所述模型箱2的透明窗口有機玻璃內側面4設置有固定參考坐標格網，模型箱2內放置的土體試樣表面放置有移動標志，所述移動標志和固定參考坐標格網直接接觸并隨著土體試樣移動，移動標志的移動軌跡代表該點位土體試樣質點的運動軌跡。進一步地，所述固定參考坐標格網用機械刻畫的方式或者激光束燒刻的方式直接刻蝕在模型箱2的透明窗口有機玻璃內側面4。進一步地，所述固定參考坐標格網的密度應保證照相機拍攝的每幅圖像中參考坐標格網的交叉點≥4。進一步地,所述移動標志為圖釘狀,釘頭扎入土樣中，移動標志為透明材料。進一步地，所述照相機系統3的照相機鏡頭選用微距鏡頭或者物方遠心鏡頭。進一步地，所述固定參考坐標格網由相互垂直的直線組成。進一步地,所述移動標志的圖釘狀頭上表面為移動標志面,所述移動標志面上設置有標志刻線，所述標志刻線為十字線，以縱橫交叉線邊緣的交點為量測點進行定位。進一步地，所述移動標志面的上表面涂抹透明的潤滑劑。本專利技術還公開一種利用上述技術方案進行土體試樣微形變的成像檢測的方法，其特征在于，包括如下步驟:S1、構建土樣微位移信息的參考坐標系，所述參考坐標系以模型箱2的透明窗口有機玻璃內側面4設置的固定參考坐標格網為基準；S2、對固定參考坐標格網在微觀下量測獲取初始狀態圖像并記錄圖像各點坐標值，所述格網長度單位為微米，并對圖像的行列號進行標記；S3、將多個不同的移動標志放置于土體試樣上，同時對每個移動標志進行坐標標示和區別標示，其中，所述移動標志涂抹透明的潤滑劑的上表面與模型箱2有機玻璃內側面4接觸,移動標志釘扎入土體試樣中進行固定，圖釘狀移動標志在旋轉試驗中隨土體試樣移動，移動標志上表面刻畫有十字線，所述十字線以縱橫交叉線邊緣的交點為量測點進行定位，移動標志嵌入到土體試樣中，圖釘狀移動標志上表面與土體試樣表面為同一平面；S4、啟動土工離心機I使模型箱2旋轉，用照相系統獲取模型箱2內土體試樣在指定受力狀態下的指定時間點、指定位置點的圖像；S5、對S4所獲取的圖像進行照相機畸變校正和圖像隨機畸變校正，精確測量圖像上移動標志在參考坐標系里的微位移，包括如下步驟:S51、對S4所獲取的圖像根據照相機在試驗前預先進行的畸變檢測，得到的照相機各標定參數進行位置和像元值的重采樣；S52、對S2中獲取的初始狀態圖像里格網的縱橫交叉線的邊緣交叉點的實測數據與圖像行列號形成的同名點進行匹配計算，求出圖像畸變系數；S53、輸入圖像中的參考坐標點的坐標值，根據S52求出的圖像畸變系數進行圖像幾何校正，得到校正后的圖像；S54、對同一區域不同受力下的多幅校正后的圖像的移動標志位置變化進行計算，得到移動標志的微位移；S6、根據S5測量所得微位移，解算出局部圖像二維坐標系里土體試樣的形變量，對土體試樣的形變量進行坐標映射，得到整個模型箱2全域坐標系下的土體試樣移動標志的形變矢量，即得到土體試樣的二維平移和旋轉參數，并可以建立受力大小和受力時長的相關分析數據。進一步地，根據試樣對土樣微形變尺度檢測的要求，照相機像元尺寸a，照相機鏡頭焦距f，照相機成像距離d和土樣微形變檢測的最小尺度L滿足L/d=a/f。本專利技術的有益效果是:根據使用成像系統部件的參數不同，可以獲得的土樣質點二維平移與旋轉參數精確到I個CCD象元?1/5個象元尺寸級別，為土體試樣微形變、土體試樣受力大小變化和土體試樣受力時長變化之間的函數分析提供更準確的原始數據。【專利附圖】【附圖說明】圖1為離心機室剖面圖。圖2為本專利技術模型箱2結構示意圖。圖3為本專利技術固定參考坐標格網。圖4為本專利技術固定參考坐標格網縱橫交叉線邊緣相交點的微觀圖像。圖5為本專利技術移動標志。圖6為本專利技術移動標志“十”字交叉線邊緣交點的微觀圖像。圖7為本專利技術移動標志在固定參考坐標格網里初始受力狀態下的圖像。圖8為本專利技術移動標志在固定參考坐標格網里受力移動后的圖像。圖中:1、土工離心機，2、模型箱，3、照相機系統，4有機玻璃內側面?！揪唧w實施方式】下面結合附圖來說明本專利技術的【具體實施方式】:模型箱2有機玻璃內側面44的固定參考坐標格網密度按照135全畫幅相機設計。固定參考坐標格網水平方向對應圖像CCD面陣長邊，即長度為26_的邊，水平方向格網間距為12_，記作行，用X表示；固定參考坐標格網垂直方向對應圖像C⑶面陣短邊，即長度為24_的邊，垂直方向格網間距為8_，記作列，用y表示。固定參考坐標格網縱橫交叉線邊緣交點的標注方法采用隔行和隔列按照序列號進行標注，如圖3所示，13表示第I行、第3列，即坐標為1，3。選擇與坐標本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種土體試樣微形變的成像檢測裝置，包括土工離心機（1），土工離心機（1）的模型箱（2）外側固定有照相機系統（3），模型箱（2）內放置有土體試樣，其特征在于，所述模型箱（2）的透明窗口有機玻璃內側面（4）設置有固定參考坐標格網，模型箱（2）內放置的土體試樣表面放置有移動標志，所述移動標志和固定參考坐標格網直接接觸并隨著土體試樣移動，移動標志的移動軌跡代表該點位土體試樣質點的運動軌跡。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：秦軍，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：發明
國別省市：
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