[发明专利]离心模型3D光学位移测量系统

权利要求书

1.一种离心模型3D光学位移测量系统，其用于在离心试验中对土工模型顶面的三维位移进行测量，其特征在于，其包括一个用于装载所述土工模型并放置于离心机吊篮中的长方体结构的模型箱，所述模型箱顶部固定连接有一根支撑梁，所述支撑梁固定连接有三根安装杆，在所述安装杆上均连接有摄像头，所述模型箱内进一步固定有用于照明的光源；

所述离心模型3D光学位移测量系统进一步包括一个设置在所述离心机吊篮内与所述摄像头连接的影像采集设备，所述影像采集设备包括一个分别与所述摄像头连接的信号接收器，一个与所述信号接收器连接的处理器，一个与所述处理器连接的存储卡，一个与所述处理器连接的第一无线模块；

所述离心模型3D光学位移测量系统进一步包括一个设置在所述离心机外的控制设备，所述控制设备包括一个用于与所述第一无线模块建立通讯连接的第二无线模块以及一个与所述第二无线模块连接的控制主机。

2.根据权利要求1所述的离心模型3D光学位移测量系统，其特征在于，所述支撑梁端面边沿与所述模型箱边沿均设置有用于校准所述支撑梁安装位置的刻度标尺。

3.根据权利要求1所述的离心模型3D光学位移测量系统，其特征在于，所述光源为与所述摄像头一体设置的LED灯。

4.根据权利要求1所述的离心模型3D光学位移测量系统，其特征在于，所述支撑梁与所述安装杆均为中空“口”型结构杆件。

5.根据权利要求1所述的离心模型3D光学位移测量系统，其特征在于，所述模型箱长宽高分别为120cm、80cm、90cm。

6.根据权利要求1所述的离心模型3D光学位移测量系统，其特征在于，所述模型箱内的底面和四壁均设置有间隔1mm的水平和垂直标志线。

7.根据权利要求1所述的离心模型3D光学位移测量系统，其特征在于，所述模型箱与所述支撑梁通过螺栓连接。

8.根据权利要求1所述的离心模型3D光学位移测量系统，其特征在于，所述安装杆固定连接在所述支撑梁的四等分位置，所述摄像头为5000万像素摄像头。

9.根据权利要求1-5、7-8之一所述的离心模型3D光学位移测量系统，其特征在于，其使用步骤如下，

步骤A，在放置所述土工模型进行离心试验前，在所述模型箱底部平铺放置设置有1mm×1mm方格的方格纸，使离心机过载从静止至250g，以10g为间隔，分别在各个间隔的过载下稳定运行3-5分钟，在每个稳定运行的过载下，通过所述控制设备记录所述三个摄像头的影像，从而由所述控制设备计算出在每个稳定运行的过载下通过所述三个摄像头的影像进行3D位移测量时，所述方格纸上每个交叉点的偏移值；

步骤B，通过计算机根据步骤A所计算出所述偏移值，拟合得出每个间隔过载时，在所述模型箱水平截面上每个点的偏移值所形成的曲面图；从而进一步拟合得出在所述模型箱水平截面上每个点在不同过载时的偏移值曲线；

步骤C，在所述模型箱内放置所述土工模型，当在离心试验中对所述土工模型顶面进行位移测量时，将所述土工模型顶面划分为水平面投影大小为1mm×1mm的多个区域，在不同过载条件下，通过所述控制设备根据所述三个摄像头的影像采集的影像计算出所述土工模型顶面的每个所述区域位移量，然后根据不同过载条件下，所述区域在水平面投影的位置，将所述区域至少四个端点的位移值减去根据步骤B所得出的每个点的偏移值所得出的所述区域的偏移值，即得出每个所述区域的真实位移，从而得出所述土工模型顶面的真实位移。

10.根据权利要求6所述的离心模型3D光学位移测量系统，其特征在于，其使用步骤如下，

步骤A，在放置所述土工模型进行离心试验前，使离心机过载从静止至250g，以10g为间隔，分别在各个间隔的过载下稳定运行3-5分钟，在每个稳定运行的过载下，通过所述控制设备记录所述三个摄像头的影像，从而由所述控制设备计算出在每个稳定运行的过载下通过所述三个摄像头的影像进行3D位移测量时，所述模型箱底面的每个标志线交叉点的偏移值；

步骤B，通过计算机根据步骤A所计算出所述偏移值，拟合得出每个间隔过载时，在所述模型箱水平截面上每个点的偏移值所形成的曲面图；从而进一步拟合得出在所述模型箱水平截面上每个点在不同过载条件下的偏移值曲线；

步骤C，在所述模型箱内放置所述土工模型，当在离心试验中对所述土工模型顶面进行位移测量时，将所述土工模型顶面划分为水平面投影大小为1mm×1mm的多个区域，在不同过载条件下，通过所述控制设备根据所述三个摄像头的影像采集的影像计算出所述土工模型顶面的每个所述区域位移量，然后根据不同过载条件下，所述区域在水平面投影的位置，将所述区域至少四个端点的位移值减去根据步骤B所得出的每个点的偏移值所得出的所述区域的偏移值，即得出每个所述区域的真实位移，从而得出所述土工模型顶面的真实位移。