[发明专利]一种比重可变和轨迹自计的卵石推移质运动研究装置

说明书

本发明涉及一种比重可变和轨迹自计的卵石推移质运动研究装置，包括中空的卵石壳，卵石壳内设有芯片部分和配重部分，芯片部分和配重部分与卵石壳之间设有减震密封层，芯片部分设有三轴加速度传感器、三轴磁方位传感器、三轴角加速度传感器、存储模块、无线传输模块、无线充电模块和电源模块，无线充电模块与电源模块相连，电源模块分别与三轴加速度传感器、三轴磁方位传感器、三轴角加速度传感器、存储模块和无线传输模块相连。本发明所中的卵石推移质在水流作用下运动时可以实时记录三轴加速度、磁方位角、角加速度等运动信息，可以通过这些运动信息获取卵石推移质运动的速度、轨迹等运动参数。

技术领域

本发明涉及水工实验技术领域，具体涉及一种比重可变和轨迹自计的卵石推移质运动研究装置。

背景技术

推移质又可分为沙质推移质和卵石推移质，卵石推移质一般指粒径大于5mm的推移质。天然河道中的卵石推移质最大粒径可达1m以上，采用卵石推移质取样器采集到的卵石推移质粒径可达30cm以上。

准确获取和跟踪特定推移质颗粒的运动轨迹，对于研究推移质颗粒在水流作用下的运动规律具有重要意义。目前常用的轨迹观测方法为人工观测并记录推移质颗粒的位置，并进行记录，但记录误差大，不够精确。另一种方法为采用高速相机拍摄颗粒运动，利用图像处理的方法获取颗粒运动轨迹，当水槽中只有一个颗粒时这种方法效果较好，但当大量颗粒聚集时，被观察的颗粒可能会被其他颗粒所遮挡，导致相机无法拍摄其图像，从而无法获取其运动轨迹。此外，在泥沙运动研究中常常会用到比密度大于或小于天然沙的泥沙颗粒运动特征，需对选择不同比重的颗粒进行试验，比如比泥沙颗粒较轻的煤颗粒，比泥沙颗粒较重的金属颗粒等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种比重可变和轨迹自计的卵石推移质运动研究装置，解决获取推移质运动轨迹不准确的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种比重可变和轨迹自计的卵石推移质运动研究装置，包括中空的卵石壳，所述卵石壳内设有芯片部分和配重部分，所述芯片部分和配重部分与卵石壳之间设有减震密封层，所述芯片部分上设有三轴加速度传感器、三轴磁方位传感器、三轴角加速度传感器、存储模块、无线传输模块、无线充电模块和电源模块，所述无线充电模块与电源模块相连，所述电源模块分别与三轴加速度传感器、三轴磁方位传感器、三轴角加速度传感器、存储模块和无线传输模块相连，所述三轴加速度传感器、三轴磁方位传感器、三轴角加速度传感器均分别与存储模块和无线传输模块相连，所述配重部分用于调节卵石推移质的质量和密度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述卵石推移质的密度计算公式为：

ρ_新＝(m₀+ρ₄v₄)/v (1)

在公式(1)中，ρ_新为卵石推移质的密度，m₀为颗粒的基础质量，m₀＝m₁+M₂+m₃，m₁为卵石壳的质量，m₂为密封减震层的质量，m₃为芯片部分的质量，ρ₄为配重部分的材料密度，v₄为配重部分的体积，v为卵石的原始体积，m为卵石掏空做成卵石壳前的原始质量；当m₀+ρ₄v₄＝M时，卵石推移质的密度与原卵石的密度相同；当m₀+ρ₄v₄<m时，卵石推移质的密度小于原卵石的密度；当m₀+ρ₄v₄>m时，卵石推移质的密度大于原卵石的密度。

进一步，所述三轴加速度传感器的型号为ADXL345。