[发明专利]一种泥石流流速测量系统及其方法

权利要求书

1.一种泥石流流速测量系统，其特征在于，所述系统包括可变坡度的泥石流实验水槽装置、激光泥位计传感器、固定装置、数据采集装置和数据处理模块；

所述可变坡度的泥石流实验水槽装置按物料输送依次包括机械上料机（1）、储料斗（2）、设置在所述储料斗（2）上用于物料均匀搅拌的搅拌装置（3）、带有变频电动机的启闭装置（4）、可变坡度水槽（5）、消能结构体（6）和尾料回收装置（7）；所述启闭装置（4）设置于所述储料斗（2）上方与所述上料机（1）相对的一侧用于控制所述储料斗（2）出口闸门（11）的开度；

所述消能结构体（6）为长方体结构，顶部设置能够通过螺旋装置（21）自由开启和关闭的顶盖，任意调节消能结构体的长度和宽度；

所述固定装置包括万能角度尺（15）、竖向固定钢管（16）和横向固定钢管（17）；

所述数据采集装置由安装有同步器的数据采集同步器（18）、激光泥位计传感器（14）和连接线（20）组成，用于采集激光泥位计传感器信号；所述数据采集同步器（18）通过所述连接线（20）电连接，所述数据采集同步器（18）再通过所述连接线（20）连接到多个位于所述可变坡度的泥石流实验水槽装置上的激光泥位计传感器（14）上，通过所述激光泥位计传感器（14）完成数据采集；

所述数据处理模块包括计算机（19），所述计算机（19）通过连接线（20）与所述数据采集同步器（18）电连接，用于对采集到的数据信号进行加工处理。

2.根据权利要求1所述的一种泥石流流速测量系统，其特征在于，所述上料机（1）由变频电动机（8）、上料斗（9）和导轨（10）组成，其顶部与储料斗（2）相连，物料由上料斗（9）沿所述导轨（10）移动将物料直接倒入储料斗（2）。

3.根据权利要求2所述的一种泥石流流速测量系统，其特征在于，所述储料斗（2）为长方体结构，底部设有坡度。

4.根据权利要求1所述的一种泥石流流速测量系统，其特征在于，所述可变坡度水槽（5）由通过和储料斗（2）相连的铰接装置（12）与所述储料斗（2）的出口连接，若干个液压装置（13）位于所述可变坡度水槽（5）的下部用于在不同位置对所述可变坡度水槽（5）形成支撑作用。

5.根据权利要求1所述的一种泥石流流速测量系统，其特征在于，所述尾料回收装置（7）为长方体结构，并装有滑轮，放置在水槽的末端。

6.根据权利要求1所述的一种泥石流流速测量系统，其特征在于，所述激光泥位计传感器（14）采样频率30次/秒、精度1mm，所述激光泥位计传感器（14）的设置方式是与水槽的底板垂直。

7.一种采用权利要求1-6任一项所述的系统进行的泥石流流速测量方法，其特征在于，所述方法包括

步骤1：检查泥石流实验水槽系统；

步骤2：检查数据信号采集系统；

步骤3：运行数据采集系统并录制视频图像，通过分析获取泥石流在测算断面距离为S的长度之间流动的时间间隔；

步骤4：开启启闭机进行实验，记录实验过程总时间t，并将实验数据保存；

步骤5：采用数据信号处理的互相关算法求得泥石流运动的流速V；

所述互相关算法为:

通过激光泥位计传感器采样，获得两个断面的泥深时程序列 h₁(t_k)（k的取值为[0，m-1])， h₂(t_k)（k的取值为[0，m-1]），有：

其中，h₁和h₂为不同位置传感器各态历经的平稳随机过程函数，m表示断面泥深采样的样本数量；t_k表示不同的采样时刻；h₁(t_k)表示t_k时刻对应的第一个断面的泥深数值；h₂(t_k)表示t_k时刻对应的第二个断面的泥深数值；

定义 两 个 测量断 面 泥 深 序 列的 各 态 历经的 平稳随 机 和之间的 互 相关 函数R₁₂(τ)：

将两个断面泥深时程序列带入互相关函数R₁₂(τ) ，求解R₁₂(τ)最大的峰值R₁₂(τ₀)及所对应的时间差τ₀，

通过计算获得时间差τ₀后， 根据已经测算的两个泥深测量断面在水槽中沿泥石流流向之间的距离S，得到泥石流的平均流动流速V=S/τ₀。