一种实验室波浪致湍流观测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种实验室波浪致湍流观测系统，包括固定底座、立柱、深度调节机构、水平移动机构和观测箱，所述立柱焊接在所述固定底座的上表面，所述深度调节机构固定设置在所述立柱的外表面，所述水平移动机构固定设置在所述深度调节机构的下表面，所述观测箱固定设置在所述水平移动机构的底部；所述观测箱的一端密封设置有透光防水窗口，所述观测箱的内部中间位置固定设置有激光器，所述激光器的一侧设置有第一摄像头。本发明专利技术设置深度调节机构，能够方便对观测箱的高度进行调节，方便对不同深度进行观测，同时通过设置水平移动机构，能够方便对观测箱的水平位置进行调节，方便观测箱从不同的位置进行观测。从不同的位置进行观测。从不同的位置进行观测。

【技术实现步骤摘要】
一种实验室波浪致湍流观测系统


[0001]本专利技术属于海洋研究
，具体涉及一种实验室波浪致湍流观测系统。

技术介绍

[0002]湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。
[0003]目前现有的实验室波浪致湍流观测系统还存在一些的问题：不方便对观测额深度进行调节，不方便从不同位置对湍流进行观察，另外不方便观测前方不同距离的湍流，为此我们提出一种实验室波浪致湍流观测系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种实验室波浪致湍流观测系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种实验室波浪致湍流观测系统，包括固定底座、立柱、深度调节机构、水平移动机构和观测箱，所述立柱焊接在所述固定底座的上表面，所述深度调节机构固定设置在所述立柱的外表面，所述水平移动机构固定设置在所述深度调节机构的下表面，所述观测箱固定设置在所述水平移动机构的底部；
[0006]所述观测箱的一端密封设置有透光防水窗口，所述观测箱的内部中间位置固定设置有激光器，所述激光器的一侧设置有第一摄像头，所述激光器的另一侧设置有第二摄像头，所述第一摄像头和所述第二摄像头的顶部均焊接有支杆，所述支杆的顶部键连接有第一锥形齿轮，所述观测箱的内部固定设置有隔板，所述支杆贯穿所述隔板且与所述隔板转动连接，所述观测箱的顶壁上固定安装有第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端通过联轴器传动连接有转轴，所述转轴的另一端键连接有第二锥形齿轮，所述第二锥形齿轮和所述第一锥形齿轮通过传动组件传动连接。
[0007]优选的，所述深度调节机构包括第一固定板、第二固定板、第一丝杆、第二伺服电机和调节板，所述第一固定板焊接在所述立柱的顶部，所述第二固定板焊接在所述立柱的底端，所述第一丝杆转动设置在所述第一固定板和所述第二固定板之间，所述第二伺服电机固定安装在所述第一固定板的上表面，所述第二伺服电机的输出端与所述第一丝杆的顶部传动连接，所述调节板的一端螺纹连接在所述第一丝杆的圆周上，所述水平移动机构固定设置在所述调节板的下表面。
[0008]优选的，所述第一固定板和所述第二固定板之间焊接有两组导杆，两组所述导杆均贯穿所述调节板且与所述调节板滑动连接。
[0009]优选的，所述水平移动机构包括第三固定板、第三伺服电机、第二丝杆、移动块和
承重杆，所述第三固定板设置有两组，两组所述第三固定板分别设置在所述调节板的两侧，所述第三伺服电机固定安装在其中一组所述第三固定板的一侧，所述第二丝杆转动设置在两组所述第三固定板之间，所述第二丝杆的一端与所述第三伺服电机传动连接，所述移动块螺纹连接在所述第二丝杆的圆周上，所述承重杆焊接在所述移动块的底部。
[0010]优选的，所述移动块的顶部焊接有滑块，所述调节板的下表面固定安装有滑轨，所述滑块滑动设置在所述滑轨上。
[0011]优选的，所述固定底座的上表面固定设置有平衡块。
[0012]优选的，所述传动组件包括传动杆、第三锥形齿轮、第四锥形齿轮和定位块，所述第三锥形齿轮键连接在所述传动杆上，所述第三锥形齿轮与所述第二锥形齿轮啮合，所述第四锥形齿轮设置有两组，两组所述第四锥形齿轮分别设置在所述传动杆的两端，所述第四锥形齿轮与所述第一锥形齿轮啮合，所述定位块固定设置在所述隔板上，所述传动杆贯穿所述定位块，且所述传动杆与所述定位块通过轴承转动连接。
[0013]优选的，所述第一摄像头和所述第二摄像头的图像传感器分辨率为a
×
b，所述第一摄像头和所述第二摄像头的图像传感器尺寸为c
×
g，所述第一摄像头经过k次拍摄采样得到的图像数据为L
k
，所述第二摄像头经过k次拍摄采样得到的图像数据为R
k
；L
k
、R
k
上第i行第j列的数据分别为L
k
(i,j)、R
k
(i,j)，(i,j)称为对应像素点的索引，i为纵向索引，j为横向索引；湍流强度S
i
与探测距离l
i
的关系由如下公式求出：
[0014][0015]其中，i为所述图像上像素点的纵向索引，S
i
为纵向索引为i的像素对应的湍流强度，l
i
和l
i
‑1分别表示纵向索引为i和i
‑
1的像素点与第一摄像头或第二摄像头镜头中心的纵向距离，σ
i2
和σ
i+12
分别为纵向索引i和i+1对应的质心距离指标的均方差，f为摄像头焦距，a为随着探测距离变化的常数，d为两个摄像头镜头中心的间距，D为镜头直径，B为比例函数，B(x,y)为贝塞尔函数，Γ为伽马函数。
[0016]优选的，所述σ
i2
具体由以下公式得出：
[0017][0018]其中，N为预定的采样次数，L
k
(i,j)、R
k
(i,j)分别为第一摄像头、第二摄像头第k次采样得到图像的图像数据，(i,j)为所述图像上像素点的索引，i为纵向索引，j为横向索引，b为摄像头的垂直分辨率，CL
ki
和CR
ki
分别为第一摄像头和第二摄像头第k次采样所得图像在纵向索引i上的光束质心，dC
ki
为两质心的质心距离指标。
[0019]优选的，所述纵向索引为i的像素点与摄像头镜头中心的纵向距离l
i
，用于根据湍流强度S
i
得到不同探测距离上的湍流强度分布，l
i
具体为：
[0020][0021]其中，θ为纵向剖面上摄像机轴向与激光光束的夹角，h为纵向剖面上摄像机镜头中心与激光光束所在直线的间距，g为摄像头中图像传感器的纵轴长度。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023](1)本专利技术设置深度调节机构，能够方便对观测箱的高度进行调节，方便对不同深度进行观测，同时通过设置水平移动机构，能够方便对观测箱的水平位置进行调节，方便观测箱从不同的位置进行观测。
[0024](2)本专利技术通过激光器发射光束，通过第一伺服电机带动第二锥形齿轮转动，第二锥形齿轮通过传动组件带动第一锥形齿轮转动，第一锥形齿轮带动第一摄像头和第二摄像头转动，改变第一摄像头和第二摄像头的角度，从而使第一摄像头和第二摄像头对光束的不同位置进行拍摄，从而方便可以探测前方不同距离处的湍流强度。
附图说明
[0025]图1为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实验室波浪致湍流观测系统，其特征在于：包括固定底座(1)、立柱(2)、深度调节机构(3)、水平移动机构(4)和观测箱(5)，所述立柱(2)焊接在所述固定底座(1)的上表面，所述深度调节机构(3)固定设置在所述立柱(2)的外表面，所述水平移动机构(4)固定设置在所述深度调节机构(3)的下表面，所述观测箱(5)固定设置在所述水平移动机构(4)的底部；所述观测箱(5)的一端密封设置有透光防水窗口(6)，所述观测箱(5)的内部中间位置固定设置有激光器(7)，所述激光器(7)的一侧设置有第一摄像头(8)，所述激光器(7)的另一侧设置有第二摄像头(9)，所述第一摄像头(8)和所述第二摄像头(9)的顶部均焊接有支杆(10)，所述支杆(10)的顶部键连接有第一锥形齿轮(11)，所述观测箱(5)的内部固定设置有隔板(12)，所述支杆(10)贯穿所述隔板(12)且与所述隔板(12)转动连接，所述观测箱(5)的顶壁上固定安装有第一伺服电机(13)，所述第一伺服电机(13)的输出端通过联轴器传动连接有转轴(14)，所述转轴(14)的另一端键连接有第二锥形齿轮(15)，所述第二锥形齿轮(15)和所述第一锥形齿轮(11)通过传动组件(16)传动连接。2.根据权利要求1所述的一种实验室波浪致湍流观测系统，其特征在于：所述深度调节机构(3)包括第一固定板(31)、第二固定板(32)、第一丝杆(33)、第二伺服电机(34)和调节板(35)，所述第一固定板(31)焊接在所述立柱(2)的顶部，所述第二固定板(32)焊接在所述立柱(2)的底端，所述第一丝杆(33)转动设置在所述第一固定板(31)和所述第二固定板(32)之间，所述第二伺服电机(34)固定安装在所述第一固定板(31)的上表面，所述第二伺服电机(34)的输出端与所述第一丝杆(33)的顶部传动连接，所述调节板(35)的一端螺纹连接在所述第一丝杆(33)的圆周上，所述水平移动机构(4)固定设置在所述调节板(35)的下表面。3.根据权利要求2所述的一种实验室波浪致湍流观测系统，其特征在于：所述第一固定板(31)和所述第二固定板(32)之间焊接有两组导杆(36)，两组所述导杆(36)均贯穿所述调节板(35)且与所述调节板(35)滑动连接。4.根据权利要求2所述的一种实验室波浪致湍流观测系统，其特征在于：所述水平移动机构(4)包括第三固定板(41)、第三伺服电机(42)、第二丝杆(43)、移动块(44)和承重杆(45)，所述第三固定板(41)设置有两组，两组所述第三固定板(41)分别设置在所述调节板(35)的两侧，所述第三伺服电机(42)固定安装在其中一组所述第三固定板(41)的一侧，所述第二丝杆(43)转动设置在两组所述第三固定板(41)之间，所述第二丝杆(43)的一端与所述第三伺服电机(42)传动连接，所述移动块(44)螺纹连接在所述第二丝杆(43)的圆周上，所述承重杆(45)焊接在所述移动块(44)的底部。5.根据权利要求4所述的一种实验室波浪致湍流观测系统，其特征在于：所述移动块(44)的顶部焊接有滑块，所述调节板(35)的下表面固定安装有滑轨，所述滑块滑动设置在所述滑轨上。6.根据权利要求1所述的一种实验室波浪致湍流观测系统，其特征在于：所述固定底座(1)的上表面固定设置有平衡块(17)。7.根据权利要求1所述的一种实验室波浪致湍流观测系统，其特征在于：所述传动组件(16)包括传动杆(161)、第三锥形齿轮(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：史剑，杜辉，张文，郭海龙，曾智，张雪艳，汪浩笛，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：