一种图像采集系统及离心机模型试验系统 |
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| 申请号 | CN201710250835.6 | 申请日 | 2017-04-18 | 公开(公告)号 | CN107063728A | 公开(公告)日 | 2017-08-18 |
| 申请人 | 成都理工大学; 中国工程物理研究院总体工程研究所; | 发明人 | 郑光; 赵玉虎; 许强; 黎启胜; 宋琼; 舒扬; 韩文喜; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供的一种 图像采集 系统及离心机模型试验系统，涉及图像采集技术领域。离心机模型试验系统包括离心机、设置于离心机的吊篮中的模型箱以及设置于模型箱内部的试验模型。图像采集系统包括高速工业相机、第一光电转换器、光纤滑环、第二光电转换器以及计算机。高速工业相机将获取的试验模型处于高离心 加速 度条件下的状态信息转换为第一电 信号 ，第一光电转换器将接收的第一 电信号 转换为 光信号 并通过光纤滑环发送至第二光电转换器，第二光电转换器将接收的光信号转换为第二电信号，计算机将接收的第二电信号进行存储和分析处理。通过上述设置，可以解决现有的图像采集系统不能完整、可靠地获取离心试验模型试验状态信息的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种图像采集系统，应用于离心机模型试验系统，其特征在于，所述离心机模型试验系统包括离心机、设置于所述离心机的吊篮中的模型箱以及设置于所述模型箱内部的试验模型，所述图像采集系统包括高速工业相机、第一光电转换器、光纤滑环、第二光电转换器以及计算机； |
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| 说明书全文 | 一种图像采集系统及离心机模型试验系统技术领域[0001] 本发明涉及图像采集技术领域，具体而言，涉及一种图像采集系统及离心机模型试验系统。 背景技术[0002] 在工程领域中，常常用小比例试验模型重现某一事件来研究原型中可能存在的和发生的现象，或利用模型试验进行工程实际的预测，以揭示和分析现象的本质和机理。其中，在岩土工程和地质工程领域，导致岩土体变形的主要荷载是土的自重应力。在开展模型试验时，因小比例试验模型的自重应力远低于其原型的自重应力而存在不能真实地反映原型的变形过程的问题。 [0003] 基于上述问题，现有的技术中一般通过离心机为小比例试验模型提供较高的离心加速度来补偿模型重力，使小比例试验模型内部具有与其对应的原型一致的应力场，使得试验模型和原型应力应变相等、变形相似、破坏机理相同，从而使保证模型试验结果能最大程度逼近原型。 [0004] 经发明人研究发现，在开展模型试验时，因图像采集系统受自身物理属性的限制会受到高离心加速度的影响而导致不能完整、可靠地获取离心试验模型的试验状态信息的问题。 发明内容[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种图像采集系统及离心机模型试验系统，以解决因图像采集系统受自身物理属性的限制会受到高离心加速度的影响而导致不能完整、可靠地获取离心试验模型的试验状态信息的问题。 [0006] 为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案： [0007] 一种图像采集系统，应用于离心机模型试验系统。所述离心机模型试验系统包括离心机、设置于所述离心机的吊篮中的模型箱以及设置于所述模型箱内部的试验模型，所述图像采集系统包括高速工业相机、第一光电转换器、光纤滑环、第二光电转换器以及计算机。 [0008] 所述高速工业相机设置于所述模型箱中并与所述第一光电转换器的输入端连接，所述第一光电转换器的输出端通过所述光纤滑环与所述第二光电转换器的输入端连接，所述第二光电转换器的输出端与所述计算机连接。 [0009] 所述高速工业相机将获取的试验模型处于高离心加速度条件下的状态信息转换为第一电信号并发送至所述第一光电转换器，所述第一光电转换器将接收的第一电信号转换为光信号并通过所述光纤滑环发送至所述第二光电转换器，所述第二光电转换器将接收的光信号转换为第二电信号发送至所述计算机，所述计算机将接收的第二电信号进行存储和分析处理。 [0010] 在本发明实施例较佳的选择中，在上述图像采集系统中，所述高速工业相机为多个，各所述高速工业相机分别设置于所述模型箱的内部。 [0011] 在本发明实施例较佳的选择中，在上述图像采集系统中，各所述高速工业相机间隔设置以获取所述试验模型360度的状态信息。 [0012] 在本发明实施例较佳的选择中，在上述图像采集系统中，所述光纤滑环为多个，所述第一光电转换器设置有多个输入端和多个输出端，所述第二光电转换器设置有多个输入端和多个输出端，所述第一光电转换器的各输入端分别与各所述高速工业相机连接、各输出端分别通过各所述光纤滑环与所述第二光电转换器的各输入端连接，所述第二光电转换器的各输出端分别与所述计算机连接。 [0013] 在本发明实施例较佳的选择中，在上述图像采集系统中，所述光纤滑环包括旋转部件和与所述旋转部件连接的固定部件，所述第一光电转换器的输出端与所述旋转部件连接，所述第二光电转换器的输入端与所述固定部件连接。 [0014] 在本发明实施例较佳的选择中，在上述图像采集系统中，所述离心机包括离心机驱动器、旋转轴以及通过所述旋转轴与所述离心机驱动器连接的旋转臂，所述第一光电转换器和光纤滑环设置于所述旋转臂与所述旋转轴连接的位置。 [0015] 在本发明实施例较佳的选择中，在上述图像采集系统中，所述计算机为磁盘阵列计算机，所述磁盘阵列计算机设置于远离所述离心机的控制室。 [0016] 在上述基础上，本发明实施例还提供了一种离心机模型试验系统，包括离心机、设置于所述离心机的吊篮中的模型箱、设置于所述模型箱内部的试验模型以及所述图像采集系统，所述图像采集系统包括高速工业相机、第一光电转换器、光纤滑环、第二光电转换器以及计算机。 [0017] 所述高速工业相机设置于所述模型箱中并与所述第一光电转换器的输入端连接，所述第一光电转换器的输出端通过所述光纤滑环与所述第二光电转换器的输入端连接，所述第二光电转换器的输出端与所述计算机连接。 [0018] 所述高速工业相机将获取的试验模型处于高离心加速度条件下的状态信息转换为第一电信号并发送至所述第一光电转换器，所述第一光电转换器将接收的第一电信号转换为光信号并通过所述光纤滑环发送至所述第二光电转换器，所述第二光电转换器将接收的光信号转换为第二电信号发送至所述计算机，所述计算机将接收的第二电信号进行存储和分析处理。 [0019] 在本发明实施例较佳的选择中，在上述离心机模型试验系统中，所述离心机为土工离心机。 [0020] 在本发明实施例较佳的选择中，在上述离心机模型试验系统中，所述土工离心机包括离心机驱动器、旋转轴以及旋转臂，所述旋转轴的一端与所述离心机驱动器连接、另一端连接于所述旋转臂的中间位置，所述吊篮设置于所述旋转臂的端部，所述离心机驱动器转动并通过所述旋转轴带动所述旋转臂转动以使所述吊篮转动。 [0021] 本发明提供一种图像采集系统及离心机模型试验系统，通过将高速工业相机设置于模型箱中以获取试验模型的状态信息并通过光电器件进行信号的传递，可以解决因图像采集系统受自身物理属性的限制会受到高离心加速度的影响而导致不能完整、可靠地获取离心试验模型的试验状态信息的问题，具有极大地实用价值。 [0022] 进一步地，通过设置多个间隔设置的高速工业相机以获取试验模型360度的状态信息，可以保证计算机对该信息进行处理时，能更为全面的对实际工程进行预测以及准确的揭示和分析实际工程的本质和机理。 附图说明[0024] 图1为本发明实施例提供的离心机模型试验系统的结构示意图。 [0025] 图2为本发明实施例提供的图像采集系统的结构框图。 [0026] 图3为本发明实施例提供的模型箱的内部结构示意图。 [0027] 图4为本发明实施例提供的计算机的结构框图。 [0028] 图标：10-离心机模型试验系统；100-图像采集系统；110-高速工业相机；130-第一光电转换器；150-光纤滑环；170-第二光电转换器；190-计算机；191-通信装置；193-存储器；195-图像处理装置；197-显示装置；210-吊篮；230-离心机驱动器；250-旋转轴；270-旋转臂；300-模型箱；400-试验模型。 具体实施方式[0029] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 [0030] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0031] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。 [0032] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0033] 如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种图像采集系统100，应用于离心机模型试验系统10。所述图像采集系统100包括高速工业相机110、第一光电转换器130、光纤滑环150、第二光电转换器170以及计算机190。 [0034] 结合图3，在本实施例中，所述离心机模型试验系统10包括离心机、模型箱300以及试验模型400。所述模型箱300设置于所述离心机的吊篮210，所述试验模型400设置于所述模型箱300内部，所述高速工业相机110设置于所述模型箱300中并与所述第一光电转换器130的输入端连接，所述第一光电转换器130的输出端通过所述光纤滑环150与所述第二光电转换器170的输入端连接，所述第二光电转换器170的输出端与所述计算机190连接。 [0035] 通过上述设计，可实现：所述离心机启动工作，通过所述吊篮210带动设置于所述模型箱300内部的试验模型400和高速工业相机110高速转动，所述试验模型400和所述高速工业相机110相对静止，所述高速工业相机110将获取的试验模型400处于高离心加速度条件下的状态信息转换为第一电信号并发送至所述第一光电转换器130，所述第一光电转换器130将接收的第一电信号转换为光信号并通过所述光纤滑环150发送至所述第二光电转换器170，所述第二光电转换器170将接收的光信号转换为第二电信号发送至所述计算机190，所述计算机190将接收的第二电信号进行存储和分析处理。 [0036] 可选地，所述第一光电转换器130、光纤滑环150、第二光电转换器170以及计算机190的具体设置位置不受限制，可以根据实际需求和所述离心机的具体结构进行设置。在本实施例中，所述离心机包括离心机驱动器230、旋转轴250以及通过所述旋转轴250与所述离心机驱动器230连接的旋转臂270，为避免所述第一光电转换器130、光纤滑环150以及第二光电转换器170受转动时产生的离心力的影响，所述第一光电转换器130、光纤滑环150以及第二光电转换器170设置于所述旋转臂270与所述旋转轴250连接的位置。 [0037] 可选地，所述第二光电转换器170也可以设置于其它位置，例如在所述第二光电转换器170为光纤网卡时，所述光纤网卡与所述计算机190直接连接。 [0038] 可选地，所述计算机190为具有较大存储能力的磁盘阵列计算机，考虑到磁盘阵列计算机因具有体积和重量大的特点而导致容易受到离心力的影响，所述磁盘阵列计算机设置于远离所述离心机的控制室。 [0039] 结合图4，在本实施例中，所述计算机190设置有通信装置191、存储器193、图像处理装置195以及显示装置197。所述通信装置191用于与所述第二光电转换器170通信连接以接收所述第二电信号并发送至所述存储器193，所述存储器193用于将接收的第二电信号进行存储，所述图像处理装置195用于根据所述第二电信号生成图像信息，并通过所述显示装置197对外输出，以使用户可以观察到高离心加速度条件下所述试验模型400的状态信息，所述图像处理装置195还用于对生成的图像信息进行分析研究，例如所述试验模型400在高速状态下的形变量等信息。 [0040] 可选地，所述通信装置191、存储器193、图像处理装置195以及显示装置197相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。 [0041] 其中，所述存储器193可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器193用于存储程序，图像处理装置195在接收到执行指令后，执行所述程序。进一步地，上述存储器193内的软件程序以及模块还可包括操作系统。其可包括各种用于管理系统任务(例如内存管理、存储设备控制、电源管理等)的软件组件和/或驱动，并可与各种硬件或软件组件相互通讯，从而提供其他软件组件的运行环境。 [0042] 所述图像处理装置195可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的图像处理装置195可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等。还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。 [0043] 可以理解，图4所示的结构仅为示意，所述计算机190还可包括比图4中所示更多或者更少的组件，或者具有与图4所示不同的配置。图4中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。 [0044] 可选地，所述高速工业相机110的数量不受限制，既可以是多个，也可以是一个，根据实际需求进行设置即可。在本实施例中，所述高速工业相机110为多个，各所述高速工业相机110分别设置于所述模型箱300的内部。 [0045] 可选地，多个所述高速工业相机110设置于所述模型箱300内部的具体分布位置不受限制，例如，既可以是设置于远离所述试验模型400的所述模型箱300的内壁，也可以是通过悬挂的方式设置于靠近所述试验模型400的位置。在本实施例中，为避免所述试验模型400在破坏后对所述高速工业相机110造成损坏以及保证所述高速工业相机110与所述模型箱300的相对固定程度，各所述高速工业相机110分别通过固定件固定于所述模型箱300中。 [0046] 可选地，多个所述高速工业相机110设置于所述模型箱300内部的相对位置关系不受限制，既可以是任意分布，也可以是均匀分布，可以根据实际需求进行设置。在本实施例中，多个所述高速工业相机110均匀分布，任意相邻两个高速工业相机110之间的距离相等，并且各所述高速工业相机110与所述试验模型400的距离相等。可选地，多个所述高速工业相机110的具体数量不受限制，例如，可以是但不限于2、3、4、5等，可以根据需要获取的信息的丰富程度进行设置。在本实施例中，所述高速工业相机110的数量为4个，4个所述高速工业相机110间隔设置以获取所述试验模型400的360度的状态信息。 [0047] 可选地，所述高速工业相机110也可以设置于所述模型箱300的外侧，并且在所述高速工业相机110为多个时，分别设置于所述模型箱300的不同侧以获取所述实验模型400的360度的状态信息。 [0048] 可选地，所述第一光电转换器130和所述第二光电转换器170的数量不受限制，既可以是一个，也可以是多个，可以根据实际需求进行设置。考虑到成本问题，在本实施例中，所述第一光电转换器130和所述第二光电转换器170为一个。 [0049] 进一步地，在本实施例中，所述第一光电转换器130设置有多个输入端，所述第二光电转换器170设置有多个输出端。所述第一光电转换器130的多个输入端分别与各所述高速工业相机110连接，所述第二光电转换器170的多个输出端分别与所述计算机190的各输入端连接。 [0050] 可选地，所述第一光电转换器130的输入端的具体数量不受限制，只要满足大于或等于所述高速工业相机110的数量即可，以使每一个高速工业相机110获取的信息可以通过所述第一光电转换器130进行信号的实时转换。 [0051] 可选地，所述光纤滑环150的数量不受限制，既可以是一个，也可以是多个，可以根据所述高速工业相机110的数量、所述第一光电转换器130的输出端的数量以及所述第二光电转换器170的输入端的数量进行设置。在本实施例中，所述第一光电转换器130的输出端为多个，所述第二光电转换器170的输入端为多个，所述光纤滑环150为多个，所述第一光电转换器130的各输入端分别与各所述高速工业相机110连接、各输出端分别通过各所述光纤滑环150与所述第二光电转换器170的各输入端连接，所述第二光电转换器170的各输出端分别与所述计算机190连接。具体地，所述第一光电转换器130的输出端与输入端的数量相同，所述第二光电转换器170的输入端与输出端的数量相同，所述光纤滑环150的数量应小于或等于所述第一光电转换器130的输出端的数量、小于或等于所述第二光电转换器170的输入端的数量且大于或等于所述高速工业相机110的数量。在本实施例中，为留有一定的冗余以适应不同的应用环境，所述光纤滑环150为8个。 [0052] 进一步地，在本实施例中，所述光纤滑环150可以包括旋转部件和固定部件，所述固定部件与所述旋转部件可以相对转动，并且能进行光信号的传递。 [0053] 可选地，所述旋转部件和固定部件与所述第一光电转换器130和第二光电转换器170的具体连接关系不受限制，例如，既可以是所述旋转部件与所述第一光电转换器130连接，也可以是所述固定部件与所述第一光电转换器130连接。考虑到所述第一光电转换器 130直接与各所述高速工业相机110连接，会随着所述高速工业相机110进行角速度相同的转动，在本实施例中，所述第一光电转换器130的输出端与所述旋转部件连接，所述第二光电转换器170的输入端与所述固定部件连接。 [0054] 通过上述设置，可以实现：所述第一光电转换器130和所述光纤滑环150的旋转部件与所述离心机旋转臂270一起旋转，所述光纤滑环150的固定部件和第二光电转换器170相对于地面是静止的。 [0055] 本发明实施例还提供一种离心机模型试验系统10，包括离心机、模型箱300、试验模型400以及上述的图像采集系统100。所述图像采集系统100包括高速工业相机110、第一光电转换器130、光纤滑环150、第二光电转换器170以及计算机190。所述高速工业相机110设置于所述模型箱300的内部并与所述第一光电转换器130的输入端连接，所述第一光电转换器130的输出端通过所述光纤滑环150与所述第二光电转换器170的输入端连接，所述第二光电转换器170的输出端与所述计算机190连接。 [0056] 进一步地，在本实施例中，所述高速工业相机110将获取的试验模型400处于高离心加速度条件下的状态信息转换为第一电信号并发送至所述第一光电转换器130，所述第一光电转换器130将接收的第一电信号转换为光信号并通过所述光纤滑环150发送至所述第二光电转换器170，所述第二光电转换器170将接收的光信号转换为第二电信号发送至所述计算机190，所述计算机190将接收的第二电信号进行存储和分析处理。 [0057] 可选地，所述离心机的类型不受限制，可以根据试验需求进行设置。在本实施例中，所述离心机为土工离心机。 [0058] 可选地，所述土工离心机的具体形状结构不受限制，可以根据实际应用环境进行设置。在本实施例中，所述土工离心机可以包括离心机驱动器230、旋转轴250以及旋转臂270，所述旋转轴250的一端与所述离心机驱动器230连接、另一端连接于所述旋转臂270的中间位置。 [0059] 可选地，所述吊篮210的具体设置位置不受限制，可以设置于所述旋转臂270的任意位置。在本实施例中，为充分保证所述吊篮210可以在较高的离心加速度条件下运动，所述吊篮210设置于所述旋转臂270的端部，即在所述旋转臂270上远离所述旋转轴250的位置。所述离心机驱动器230转动，并通过所述旋转轴250带动所述旋转臂270转动，以使所述吊篮210转动，从而带动位于所述吊篮210的模型箱300内部的试验模型400转动。 [0060] 综上所述，本发明提供的一种图像采集系统100及离心机模型试验系统10，通过将高速工业相机110设置于模型箱300内部获取试验模型400的状态信息并通过光电器件进行信号的传递，可以解决因图像采集系统100受自身物理属性的限制会受到高离心加速度的影响而导致不能完整、可靠地获取试验模型400的试验状态信息的问题，因而具有极大地实用价值。其次，通过设置多个间隔设置的高速工业相机110以获取试验模型400的360度的状态信息，可以保证计算机190对该信息进行处理时，更为全面的对实际工程进行预测以及准确的揭示和分析实际工程的本质和机理。 [0061] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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