[发明专利]一种透明土体的动态位移场重建试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种透明土体的动态位移场重建试验装置的试验方法，基于一种透明土体的动态位移场重建试验装置，包括设置在光学平台上的透明容器、激光器装置和图像采集系统，其中，

所述透明容器内放置透明土试样，所述透明土试样内置入荧光示踪粒子；

所述激光器装置照射透明土试样以形成光学待测切面；

所述图像采集系统用于对所述光学待测切面的图像进行采集，记录所述荧光示踪粒子的运动轨迹；

所述激光器装置包括两组，分别是水平放置在所述透明容器一侧用以形成法向为y向的可移动光学待测切面的第一组激光器装置和竖直放置在所述透明容器另一侧用以形成法向为z向的可移动光学待测切面的第二组激光器装置：

所述第一组激光器装置包括：第一数控电动支架、安装在所述第一数控电动支架上且可在第一数控电动支架上移动的第一激光器和第二激光器；

所述第二组激光器装置包括：第二数控电动支架、安装在所述第二数控电动支架上且可在第二数控电动支架上移动的第三激光器和第四激光器；

计算机，与所述图像采集系统信号连接；

其特征在于，

所述第一数控电动支架在程序控制下带动第一激光器、第二激光器在第一数控电动支架上稳定移动，所述第二数控电动支架在程序控制下带动第三激光器和第四激光器在第二数控电动支架稳定移动，四个上述激光器匀速扫描照射透明土试样形成稳定移动的光学待测切面；

所述图像采集系统按照程序进行对光学待测切面的图像采集工作，记录荧光示踪粒子的运动轨迹；

所述计算机内利用GeoPIV软件分别分析图像采集系统所获得的位移场，并采用插值与向量合成将两正交方向的位移场合成为完整的三维位移场；

所述图像采集系统包括两台成像平面正交的CCD相机，采用两侧光源交替照明的形式，同时配合启动CCD相机交替工作，即一侧光源与一面相机对应同时工作，另一组进入待机状态；

激光器扫描速度与图像采集有如下对应关系：假设第一激光器在第一数控电动支架上移动轨迹①的完成时间为t1，则认为整个循环扫描过程的扫描周期为t1，在t1时间内相机的拍摄间隔定为Δt，以水平放置的第一组激光器装置为例，设轨迹①中第一激光器移动速度为v1，则v1*t1等于长方体透明容器y方向边长，t1周期内共采集N=t1/Δt张图像，其中，第n张图像对应y坐标为v1*n*Δt，即y=v1*n*Δt处的平面，0≤n≤N；整个试验过程中所有采集间隔时间为t1的图像设为一组，完成y方向平面内向量的构建；

同理，另一侧第一组激光器装置按照相同时间间隔t1扫描，相机拍摄间隔Δt’满足k*Δt’=Δt，k为正整数，选取按照长方体透明容器z方向与y方向边长比值确定，一般k=1，以v2匀速运动，满足v2*t1等于长方体透明容器z方向边长，其余过程与前述相同，得到z方向平面内的向量构建；

将得到的所有法向为y向与法向为z向的平面向量进行整合并用插值算法即可得到三维位移向量场，至此试验目的达成。

2.根据权利要求1所述的透明土体的动态位移场重建试验装置的试验方法，其特征在于，所述图像采集系统包括两台成像平面正交的CCD相机。

3.根据权利要求1所述的透明土体的动态位移场重建试验装置的试验方法，其特征在于，所述透明容器为有机玻璃容器。

4.根据权利要求1所述的透明土体的动态位移场重建试验装置的试验方法，其特征在于，所述透明容器的形状为长方体，长方体形透明容器的两个正交面上分别设有控制点阵。

5.根据权利要求1所述的透明土体的动态位移场重建试验装置的试验方法，其特征在于，还包括暗幕，所述暗幕用以包裹整个光学试验所需部分。