一种剪切位移测量方法、剪切位移测量模块及多参数联合监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种剪切位移测量方法、剪切位移测量模块及多参数联合监测系统，步骤1：在测量物上做定位标记；步骤2：使用摄像装置录制整个测量物的移动过程，得到一串数字图像数列；步骤3：对每一幅数字图像进行图形矫正、二值化处理、选取特征像素行，选取的特征像素行是一特征像素行向量；步骤4：将第一张图像的特征像素行向右循环位移，每次右移后得到新的特征行向量序列，将这一特征行向量序列依次与其他图像的特征行向量进行计算，获得每一时刻的位移值。本发明专利技术采用非接触式的测量方法来进行剪切位移数据的采集，相对于传统的基于传感器的接触式测量方法来说，仪器安装十分简单方便，使得土体剪切实验能够高效有序地进行。

A shear displacement measurement method, shear displacement measurement module and multi parameter joint monitoring system

【技术实现步骤摘要】
一种剪切位移测量方法、剪切位移测量模块及多参数联合监测系统
本专利技术涉及土体剪切
，特别是涉及一种剪切位移测量方法、剪切位移测量模块及多参数联合监测系统。
技术介绍
剪切试验的原理是根据库伦定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比，将同一种土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得其剪坏时剪应力，即为抗剪强度，然后根据剪切定律确定土的抗剪强度指标内摩擦角和内粘聚力c。在土体剪切实验过程中，重要的检测参数包括压力信号、次声信号、位移信号等。剪切位移的测量，目前传统的方法是采用基于传感器的位移测量仪进行检测，是一种接触式的测量方式，其存在仪器安装困难的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种剪切位移测量方法、剪切位移测量模块及多参数联合监测系统。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的技术方案之一是一种剪切位移测量方法，包括以下步骤：步骤1：在测量物上做定位标记；步骤2：使用摄像装置录制整个测量物的移动过程，得到一串数字图像数列；步骤3：对每一幅数字图像进行图形矫正、二值化处理、选取特征像素行，选取的特征像素行是一特征像素行向量；步骤4：将第一张图像的特征像素行向右循环位移，每次右移后得到新的特征行向量序列，将这一特征行向量序列依次与其他图像的特征行向量进行计算，获得每一时刻的位移值；其中，计算方法按照以下方法进行：>当第一张图像的特征像素行向量按像素移动与第i(i≠1)张图像的特征像素行向量比较时，相关性系数序列为：其中：cij：第一张图像的特征行向量在右移j位后与第i张图像的特征行向量之间的相关性系数；a1j：第一张图像的特征行向量右移j位后的特征行向量；：a1j的平均值；ai：第i张图像的特征行向量；：ai的平均值；而不同的j值都对应一个实际的位移值，进一步的对于第i张图像每一个cij也对应于这个位移值，故相关性系数与位移值的关系采用下式表示：其中：l(cij)：对应的位移；J：特征行向量的长度；L：上部剪切盒的最大位移；对于每一个i值，设cij中的最大值为Ci＝max(cij)(3)则li＝l(Ci)(4)其中：li：第i张图像对应位移值；按式(1)～(4)对每一张图像进行计算，就得到每一张图像对应的位移值，即得到了每一时刻检测物的位移值。作为优选的技术方案，所述步骤1中做定位标记的方法为，在检测物上贴一张与检测物形成颜色上鲜明反差的长方形纸条。作为优选的技术方案，所述步骤3和步骤4分别通过Photoshop图像处理软件和matlab编程完成。本专利技术的技术方案之二是一种剪切位移测量模块，包括摄像装置，用于录制整个测量物的移动过程，得到一串数字图像数列，还包括与摄像装置线连接的数据处理模块，所述数据处理模块用于按照如上所述的剪切位移测量方法中的步骤3和步骤4对摄像装置传输来的图像进行处理获得每一时刻检测物的位移值。本专利技术的技术方案之三是一种基于变尺寸土体剪切的多参数联合监测系统，包括如上所述的剪切位移测量模块、变尺寸土体剪切盒，所述变尺寸土体剪切盒一侧贴有长方形白纸作为定位标记，剪切位移测量模块用于检测变尺寸土体剪切盒在土体剪切时每一时刻的位移值。作为优选的技术方案，所述变尺寸土体剪切盒，包括可拆卸组装的上部剪切盒和下部剪切盒，所述上部剪切盒和下部剪切盒分别连接导轮，所述上部剪切盒内通过第一螺纹杆固定一上部挡土板，所述下部剪切盒内通过第二螺纹杆固定一下部挡土板，所述上部剪切盒的两长边上部设置多个周期排列的用于穿插第一螺纹杆的上圆孔，以此来实现上部挡土板在上部剪切盒内的移动，所述下部剪切盒在其开口端向外延伸出挡边，所述挡边上设置若干周期排列的用于穿插第二螺纹杆的下圆孔。作为优选的技术方案，所述上部剪切盒和下部剪切盒通过第三螺纹杆穿插固定实现可拆卸组装。作为优选的技术方案，所述导轮为滚珠花键，所述上部剪切盒的底部两侧长边处以及下部剪切盒的顶部两侧长边处各设置一滚珠花键组成一对导向用的滚珠花键，滚珠花键的花键外筒位于上部剪切盒，花键轴位于下部剪切盒，外筒在轴上做往复直线运动，以使得上部剪切盒与下部剪切盒之间能够沿着长边做剪切运动。作为优选的技术方案，所述上部剪切盒在顶部两边沿着长边方向延伸出第一突出边，且在上部剪切盒的径向上也延伸出第二突出边。作为优选的技术方案，所述第一突出边长度为1～3cm，所述第二突出边长度为8～12cm。作为优选的技术方案，所述上部剪切盒顶部固定安装一根横梁。作为优选的技术方案，所述上部挡土板为三棱柱状，挡土板的板状部分面积与上部剪切盒短边外壳的内侧面积相同，挡土板上部两边各设置有至少一个周期排列的圆孔，用以穿插第一螺纹杆。作为优选的技术方案，所述下部挡土板包括L型的挡板和底部的工字型长方体，其底部的工字型长方体上设置有用于穿插第二螺纹杆的圆孔，在工字型长方体和L型挡板之间还有一个长方体立柱，用于防止在实验过程中在土体推力下L型挡板发生变形。作为优选的技术方案，所述上部剪切盒、上部挡土板、下部剪切盒、下部挡土板均采用不低于10mm厚度的钢板制造而成。作为优选的技术方案，所述上部剪切盒、上部挡土板、下部剪切盒、下部挡土板、第一螺纹杆、第二螺纹杆、第三螺纹杆上均涂覆防锈蚀材料形成防锈蚀层。有益效果在于：1、本专利技术采用非接触式的测量方法来进行剪切位移数据的采集，相对于传统的基于传感器的接触式测量方法来说，仪器安装十分简单方便，使得土体剪切实验能够高效有序地进行。2、本专利技术中的基于变尺寸土体剪切的多参数联合监测系统，充分利于变尺寸土体剪切盒的结构上的设计，在剪切盒上插装导波管，增强次声信号，以获得清晰准确的次声信号，同时本系统还能检测压力、位移等信号，十分利于剪切实验的进行。3、本专利技术中的变尺寸土体剪切盒通过上部挡土板固定在上部剪切盒不同的位置，从而达到“土样尺寸可变”的目的，嵌在内部的上部挡土板和固定用的螺纹杆似乎可以保证剪切盒的两长边外壳在实验时不会向里或向外产生变形，结构更加稳定。同时本专利技术区别于现有的圆柱的土样采取方式，设计出一个尺寸可调的剪切盒，适用范围更广，利于次声信号的采集。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1为本专利技术实施例1一种剪切位移测量方法的图像序列第1帧和第n帧的处理流程图；图2为本专利技术实施例1一种剪切位移测量方法的相关性系数计算示意图(特征行颜色越浅表示相关性越低)；图3为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种剪切位移测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：在测量物上做定位标记；/n步骤2：使用摄像装置录制整个测量物的移动过程，得到一串数字图像数列；/n步骤3：对每一幅数字图像进行图形矫正、二值化处理、选取特征像素行，选取的特征像素行是一特征像素行向量；/n步骤4：将第一张图像的特征像素行向右循环位移，每次右移后得到新的特征行向量序列，将这一特征行向量序列依次与其他图像的特征行向量进行计算，获得每一时刻的位移值；/n其中，计算方法按照以下方法进行：/n当第一张图像的特征像素行向量按像素移动与第i(i≠1)张图像的特征像素行向量比较时，相关性系数序列为：/n

【技术特征摘要】
1.一种剪切位移测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在测量物上做定位标记；
步骤2：使用摄像装置录制整个测量物的移动过程，得到一串数字图像数列；
步骤3：对每一幅数字图像进行图形矫正、二值化处理、选取特征像素行，选取的特征像素行是一特征像素行向量；
步骤4：将第一张图像的特征像素行向右循环位移，每次右移后得到新的特征行向量序列，将这一特征行向量序列依次与其他图像的特征行向量进行计算，获得每一时刻的位移值；
其中，计算方法按照以下方法进行：
当第一张图像的特征像素行向量按像素移动与第i(i≠1)张图像的特征像素行向量比较时，相关性系数序列为：



其中：
cij：第一张图像的特征行向量在右移j位后与第i张图像的特征行向量之间的相关性系数；
a1j：第一张图像的特征行向量右移j位后的特征行向量；

a1j的平均值；
ai：第i张图像的特征行向量；

ai的平均值；
而不同的j值都对应一个实际的位移值，进一步的对于第i张图像每一个cij也对应于这个位移值，故相关性系数与位移值的关系采用下式表示：



其中：
l(cij)：对应的位移；
J：特征行向量的长度；
L：上部剪切盒的最大位移；
对于每一个i值，设cij中的最大值为
Ci＝max(cij)(3)
则
li＝l(Ci)(4)
其中：
li：第i张图像对应位移值；
按式(1)～(4)对每一张图像进行计算，就得到每一张图像对应的位移值，即得到了每一时刻检测物的位移值。


2.根据权利要求1所述的一种剪切位移测量方法，其特征在于，所述步骤1中做定位标记的方法为，在检测物上贴一张与检测物形成颜色上鲜明反差的长方形纸条。


3.根据权利要求1所述的一种剪切位移测量方法，其特征在于，所述步骤3和步骤4分别通过Photoshop图像处理软件和matlab编程完成。


4.一种剪切位移测量模块，其特征在于，包括摄像装置，用于录制整个测量物的移动过程，得到一串数字图像数列，还包括与摄像装置线连接的数据处理模块，所述数据处理模块用于按照如权利要求1所述的剪切位移测量方法中的步骤3和步骤4对摄像装置传输来的图像进行处理获得每一时刻检测物的位移值。


5.一种基于变尺寸土体剪切的多参数联...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乔，张阔，韦方强，陈吉龙，朱洪林，雷小虎，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;50