一种基于透明土技术的堤坝内管涌可视化模拟观测装置

1.本实用新型涉及土力学试验装置领域，具体涉及一种基于透明土技术的堤坝内管涌可视化模拟观测装置。


背景技术：

2.随着透明土技术的引入与发展，众多学者将该技术应用于土体渗流领域的研究中。该技术依据光的折射和反射定律，采用两种折射率相同的物质达到视觉上的透明，从而实现土体内部的可视化。
3.授权公告号cn209182249u公开了一种基于三维piv技术的透明土三维化模拟试验装置，其包括暗箱，暗箱的内壁上布置有两个环形轨道；两台ccd相机分别可移动地安装在两个环形轨道上；有机玻璃容器上方还布置有激光光源。
4.该装置的二维切片图像采集方式采用平面激光诱发荧光显像技术结合ccd相机进行单一拍摄，激光仪固定在玻璃箱的上侧，ccd相机绕玻璃箱轴线转，该装置无法准确获取试样全体的各部分完整信息，因为该装置的激光仪对装填透明土试样的圆柱形容器在传统扫描实验中会产生边缘效应，无法很好获取二维切片，且单一图像在没有数据库模型约束的条件下难以实现三维重构，需要布置许多激光仪和ccd相机阵进行拍摄。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中的不足，本实用新型提出一种基于透明土技术的堤坝内管涌可视化模拟观测装置，其为了解决如何克服产生的边缘效应，重构透明土模型的技术问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型的一种基于透明土技术的堤坝内管涌可视化模拟观测装置，包括底板，所述底板上固定连接有圆环形的轨道，底板上放置有用于装透明土的圆柱形的有机玻璃容器，轨道上设有用于对透明土拍摄图片的ccd相机，ccd相机能绕轨道的轴线移动，所述底板上固定有支架，支架上转动连接有激光仪，激光仪处于有机玻璃容器的上方，激光仪的转动轴线与轨道的轴线重合。
7.进一步地，沿轨道的轴线看，所述ccd相机为a点，轨道的轴心为b点，直线ab垂直于激光仪照射的截面。
8.ccd相机可以较好地获得图像二维切片，从而三维重构，实现可视化。
9.进一步地，所述激光仪的转动角速度等于ccd相机的转动角速度。
10.可以保证ccd相机获得的图像均为有效地图像，让ccd相机始终正对着激光仪照射的截面。
有益效果
11.将激光仪设置成可旋转的，ccd相机直接获取等大的长方体二维切片，无需考虑边缘效应问题，能够直接进行重构透明土模型。
附图说明
12.图1是本装置整体的结构示意图；
13.图2是现有技术中重构三维模型的示意图；
14.图3是本装置重构三维模型的示意图；
15.图4是现有技术和传统技术在边缘效应方面的对比示意图。
16.1、底板；2、ccd相机；3、轨道；4、有机玻璃容器；5、支架；6、激光仪；
具体实施方式
17.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.见图1，一种基于透明土技术的堤坝内管涌可视化模拟观测装置，包括底板1，底板1上固定有圆环形的轨道3，轨道3上设有一个ccd相机2，ccd相机2能沿轨道3移动，即绕轨道3的轴线移动。ccd相机2用于对透明土试样进行多角度的图像采集，获得图像二维切片，从而三维重构，实现可视化。
19.本观测装置还包括有机玻璃容器4，放置在底板1上，有机玻璃容器4为圆筒形，上端为敞口。轨道3的轴线与有机玻璃容器4的轴线重合，轨道3的直径大于有机玻璃容器4的直径，ccd相机2处于有机玻璃容器4的外侧，有机玻璃容器4的壁厚为5mm 。有机玻璃容器4中布置有透明土试样，透明土试样中放入荧光示踪粒子。
20.本观测装置还包括支架5，支架5固定在底板1上，支架5上转动连接有激光仪6，激光仪6用于照射透明土试样形成散斑场。激光仪6处于有机玻璃容器4的正上方，激光仪6的转动轴线与有机玻璃容器4的轴线重合。支架5的上方固定有用于带动激光仪6转动的电机（未示出）。本实施例中，激光仪6照射的截面正对着ccd相机2，即，设ccd相机2为a点，轨道3的轴心为b点，以轨道的轴线看，直线ab垂直于激光仪6照射的截面。激光仪6的转动的角速度与ccd相机2转动的角速度相等。
21.见图2，现有技术中获取二维切片，越靠近有机玻璃容器4侧面，长方形宽度越小，最终趋向于0，即会产生边缘效应，致使有机玻璃容器4弧形面无法有效获取切片，从而无法重构透明土模型。见图3，本装置通过激光仪6旋转，ccd相机获取不同方位且等大的长方体二维切片，无需考虑边缘效应问题，能够直接进行重构透明土模型。
22.见图4，现有技术中存在圆柱体玻璃箱边缘效应，二维切片只能同时堆叠出类似长方体，当二维切片越靠近圆柱侧面时切片矩形宽度越小，导致无法堆叠重构。本方法通过激光仪旋转切片，加以ccd相机拍摄，获得等大长方形切片，可堆叠重构出圆柱体，无需考虑现有技术存在的边缘效应问题。
23.以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。


技术特征：
1.一种基于透明土技术的堤坝内管涌可视化模拟观测装置，包括底板，所述底板上固定连接有圆环形的轨道，底板上放置有用于装透明土的圆柱形的有机玻璃容器，轨道上设有用于对透明土拍摄图片的ccd相机，ccd相机能绕轨道的轴线移动，其特征在于，所述底板上固定有支架，支架上转动连接有激光仪，激光仪处于有机玻璃容器的上方，激光仪的转动轴线与轨道的轴线重合。2.根据权利要求1所述的一种基于透明土技术的堤坝内管涌可视化模拟观测装置，其特征在于，所述ccd相机为a点，轨道的轴心为b点，沿轨道的轴线看，直线ab垂直于激光仪照射的截面。3.根据权利要求1所述的一种基于透明土技术的堤坝内管涌可视化模拟观测装置，其特征在于，所述激光仪的转动角速度等于ccd相机的转动角速度。

技术总结
本实用新型的一种基于透明土技术的堤坝内管涌可视化模拟观测装置，包括底板，所述底板上固定连接有圆环形的轨道，底板上放置有用于装透明土的圆柱形的有机玻璃容器，轨道上设有用于对透明土拍摄图片的CCD相机，CCD相机能绕轨道的轴线移动，所述底板上固定有支架，支架上转动连接有激光仪，激光仪处于有机玻璃容器的上方，激光仪的转动轴线与轨道的轴线重合。本装置可以通过激光仪旋转，照射透明土不同的截面，再通过CCD相机获取不同方位的、等大的截面，即可重构透明土模型，规避了现有技术在一个方位拍摄多个截面而产生的边缘效应。在一个方位拍摄多个截面而产生的边缘效应。在一个方位拍摄多个截面而产生的边缘效应。


技术研发人员：刘仡然 赵霖博 朱嘉烨 李旺 李晓甫 刘雨菲 葛逸群
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/9/16