[发明专利]溃坝实验中多种测量仪器的时间同步方法

说明书

本发明公开了一种溃坝实验中多种测量仪器的时间同步方法，本发明将高速相机、波高仪和流速仪连接到同一台计算机上，使得三台仪器同时启动，在水槽中实施溃坝实验时，高速相机记录水流形态，波高仪和流速仪分别记录闸门下游测量点的水位和流速随时间的变化。通过高速视频确定溃坝水流到达测量点的时间，找出对应的水位和流速开始变大的瞬间，从而得出不同仪器之间的时间差，在后续数据处理中实现时间的同步，提高溃坝实验的时间精度。本发明适用范围广，既可用于溃坝物理模型实验中，也可用于类似的水利工程或海岸工程物理模型实验中实现设备间的时间同步；本发明操作简单，具有很强的重复性和转移性；测量仪器间的时间同步误差小于0.05秒。

技术领域

本发明涉及多种测量仪器的时间同步方法，尤其涉及一种溃坝实验中多种测量仪器的时间同步方法。

背景技术

溃坝通常指由自然灾害或人为因素引起的蓄水库围堰突然坍塌进而在水库下游形成溃决洪水造成人类生命、生态环境和生产经济巨大损失的灾害性事件。然而溃坝问题的研究并不局限于内陆区域，在海岸工程方面也存在十分重要的研究意义，例如：海啸、涌潮等向岸的传播过程与溃坝水流动力学在物理机理上是一致的。因此，对溃坝问题的探索具有显著的科学研究意义和工程应用价值。由于实地监测的困难，目前对溃坝问题的研究往往依赖于室内实验，即通过瞬间开启闸门来模拟溃坝过程，采用波高仪、流速仪等测量设备来研究溃坝流的水动力特性。通常室内实验的整个溃坝过程历时很短，往往在几秒钟内就可以完成。在这个过程中，尤其在闸门开启的瞬间，溃坝波的水动力特性急剧变化，这对实验在时间精度方面的控制提出了非常高的要求。目前在多种测量仪器同时工作的情况下，进行溃坝实验存在以下问题和困难：(1)测量仪器采样频率过低，不能捕捉到溃坝波水位或流速的瞬时变化；(2)不同仪器存在各自的时间延迟，即便可以通过计算机使得多种仪器同时启动，但因为时间差的存在，各台仪器真正开始工作的时间不尽相同，即各自的数据时间零点并不一致；(3)溃坝时间零点，即闸门开始向上移动的时间很难确定，需借助高速相机记录开门过程。解决溃坝实验中多种测量仪器的时间同步问题，获得更为精确时间控制下的水位和流速的变化，对研究溃坝波的水动力特性具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种溃坝实验中多种测量仪器的时间同步方法。在溃坝实验中应用本发明可以实现多种高采样频率仪器时间同步，且提高时间同步的精度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种溃坝实验中多种测量仪器的时间同步方法，包括以下步骤：

(1)进行溃坝实验；该步骤具体为：

(1.1)安装波高仪、流速仪和采样频率大于100f/s的高速相机，其中，波高仪和流速仪在溃坝水槽同一横断面，之后将各仪器接入计算机；

(1.2)设置溃坝水槽中相应的上下游水深等实验条件；

(1.3)计算机控制波高仪、流速仪和高速相机同时开始运行；

(1.4)移除溃坝水槽中的闸门，进行溃坝实验；

(1.5)计算机控制波高仪、流速仪和高速相机同时结束采集；

(2)进行数据处理；该步骤包括以下子步骤：

(2.1)在高速相机采集到的视频信息中，找出溃坝波到达测量点的时刻，记为t₁；

(2.2)找出t₁时刻对应的波高仪采集的数据中水位开始增大的时刻，记为t₂，以及流速仪采集的数据中流速开始增大的时刻，记为t₃；即可认为t₁、t₂和t₃是同一时刻；

(2.3)在视频中找出闸门开始向上运动的时刻，记为t₄，定义该闸门开始向上运动的时刻t₄为时间零点；