專利名稱：裂紋擴(kuò)展全過程的數(shù)字式實(shí)時(shí)多方位觀測記錄分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種裂紋擴(kuò)展全過程的數(shù)字式實(shí)時(shí)多方位觀測分析裝置，可用于細(xì)觀巖石力學(xué)試驗(yàn)加載全過程中微裂紋擴(kuò)展的多方位觀測、統(tǒng)計(jì)與計(jì)算分析。
細(xì)觀巖石力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備除了加載裝置外常用顯微觀察裝置(如Y.ZHAO.J.HUANG.K.WANG,“Real-Time SEM Observations of the Mi-crofracturing Process in Rock During a Compression Test',Int.J.Rock Mech.Min.Sci.&Geomech.Abstr.Vol.30,No.6,pp.643～650,1993.)。顯微觀察裝置中的顯微鏡位于巖石試件的上方，更換不同放大倍數(shù)的鏡頭時(shí)需調(diào)整焦距以獲得清晰的圖像。顯微鏡通常只能觀察到試件的某一部分，若要觀察整個(gè)試件的表面，則必須水平移動顯微鏡或試件。由于顯微鏡的放大倍數(shù)與觀察范圍成反比，因此在放大倍數(shù)較大時(shí)完成整個(gè)試件表面的觀察次數(shù)較多。為了能夠觀察到試件加載的全過程，并拍攝記錄下來，必須在每一級荷載完成后停止加載或維持該荷載以保證有足夠的時(shí)間完成對試件表面的部分或全部進(jìn)行拍攝記錄。這種顯微觀察裝置雖然在加載的不同階段對試件進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)觀察記錄，但是，這樣的觀察記錄是很不完整的，只能得到某幾個(gè)應(yīng)力狀態(tài)下的裂紋狀態(tài)圖，它不能在試驗(yàn)的最后階段(即試件破裂階段)記錄微裂紋擴(kuò)展的全過程，也不能觀察試件側(cè)面的裂紋擴(kuò)展全過程，更無法對觀察的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)地統(tǒng)計(jì)與計(jì)算分析；由于只能拍攝若干張不同狀態(tài)的圖像，不具備全過程圖像回放功能，不利于深入了解巖石的破裂形成機(jī)制。而前面這兩點(diǎn)又恰恰是巖石的細(xì)觀力學(xué)研究中最為重要的，這是因?yàn)閹r石是不均質(zhì)體，只有對巖石試件的多個(gè)表面的裂紋擴(kuò)展全過程進(jìn)行觀測，才能客觀真實(shí)地反映巖石的非均質(zhì)破裂特性。對于脆性巖石，在達(dá)到峰值強(qiáng)度后，其破壞速度是相當(dāng)快的，只有實(shí)時(shí)拍攝才有可能記錄破裂過程的主要圖像。
本實(shí)用新型的目的是針對上述顯微觀察裝置存在的問題，提出一種可用于細(xì)觀巖石力學(xué)試驗(yàn)中對微裂紋擴(kuò)展全過程進(jìn)行多方位觀察、記錄、測量、統(tǒng)計(jì)與分析的一套數(shù)字式實(shí)時(shí)多方位觀測記錄分析裝置。它可以從多個(gè)方位對試件同時(shí)進(jìn)行觀測，并對觀測的圖像進(jìn)行全過程實(shí)時(shí)記錄和數(shù)字化、實(shí)現(xiàn)微裂紋擴(kuò)展全過程的計(jì)算機(jī)模擬、分析與處理，實(shí)現(xiàn)多畫面圖像的同步存儲和同步回放功能。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種細(xì)觀巖石力學(xué)試驗(yàn)中裂紋擴(kuò)展全過程的數(shù)字式實(shí)時(shí)多方位觀測記錄分析裝置，該裝置由四個(gè)CCD攝像機(jī)(1)、字符疊加器(2)、顯微監(jiān)視器(3)、視頻分配器(4)、計(jì)算機(jī)及圖像卡(5)、打印機(jī)(6)、四畫面分割器(7)、錄像機(jī)(8)、多畫面監(jiān)視器(9)組成。四個(gè)CCD攝像機(jī)從不同方位同時(shí)對試件的多個(gè)表面的裂紋擴(kuò)展全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測并記錄，其中一路視頻信號進(jìn)入由計(jì)算機(jī)控制的字符疊加器中進(jìn)行同步參數(shù)疊加，四路視頻信號分別傳輸至位于計(jì)算機(jī)中的圖像卡和四畫面分割器中，圖像卡將四路視頻圖像實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)字化和顯示，并按指定的時(shí)間間隔進(jìn)行存儲，四畫面分割器將四路視頻圖像同時(shí)顯示在一個(gè)監(jiān)視器上并由一臺錄像機(jī)記錄，經(jīng)過數(shù)字化后的圖像可由計(jì)算機(jī)分析處理，錄像機(jī)記錄的圖像可以回放出四個(gè)畫面或單獨(dú)某一個(gè)畫面，回放的圖像也可以再次進(jìn)入圖像卡中對特定時(shí)刻的圖像進(jìn)行數(shù)字化，用于補(bǔ)充由間隔較長造成的掉幀問題。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)例作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。


圖1裂紋擴(kuò)展全過程的數(shù)字式實(shí)時(shí)多方位觀測記錄分析裝置的組成框架圖圖2攝像機(jī)的布置圖裂紋擴(kuò)展全過程的數(shù)字式實(shí)時(shí)多方位觀測記錄分析裝置，如圖1所示，它由四個(gè)CCD攝像機(jī)(1)、字符疊加器(2)、顯微監(jiān)視器(3)、視頻分配器(4)、計(jì)算機(jī)及圖像卡(5)、打印機(jī)(6)、四畫面分割器(7)、錄像機(jī)(8)、多畫面監(jiān)視器(9)組成。四個(gè)CCD攝像機(jī)(1)，其中攝像機(jī)(11)配接在顯微鏡(10)的照像接口處，與顯微監(jiān)視器(3)連接；攝像機(jī)(12)斜放在試件上表面的上方，與試件上表面成45°角；攝像機(jī)(13)水平放置在試件的側(cè)面；攝像機(jī)(14)固定在測試儀表面板的前方，與字符疊加器(2)相接，攝像機(jī)(12)、攝像機(jī)(13)、顯微監(jiān)視器(3)、字符疊加器(2)直接與視頻分配器(4)連接，視頻分配器(4)具有二組輸出，一組輸出到計(jì)算機(jī)中的圖像卡(5)，另一組輸出到四畫面分割器(7)，在四畫面分割器(7)的錄像端口連接一臺錄像機(jī)(8)，在監(jiān)視端口連接一臺監(jiān)視器(9)，回放時(shí)將錄像機(jī)(8)連接到四畫面分割器(7)的回放端口，四個(gè)CCD攝像機(jī)的布置如圖2所示。攝像機(jī)(11)用于拍攝顯微鏡獲得的圖像；攝像機(jī)(12)所用的鏡頭的視角要小，保證顯微鏡頭位于其視域范圍之外，同時(shí)又能觀察到整個(gè)試件的上表面；攝像機(jī)(13)用于觀測試件整個(gè)側(cè)面的裂紋擴(kuò)展；攝像機(jī)(14)用于拍攝試驗(yàn)過程中加載的荷載數(shù)和試件的軸向變形量。
攝像機(jī)(11)將顯微鏡(10)獲得的圖像直接傳輸至顯微監(jiān)視器(3)中進(jìn)行顯示，同時(shí)也傳輸至視頻分配器(4)中，攝像機(jī)(12)、攝像機(jī)(13)直接將視頻信號傳輸至視頻分配器(4)中，攝像機(jī)(14)首先將視頻信號送入字符疊加器(2)中與顯微鏡放大倍數(shù)的字符和時(shí)鐘字符疊加后再傳輸至視頻分配器(4)中，經(jīng)過視頻分配器(4)后，四個(gè)CCD攝像機(jī)的視頻信號被分為二組。一組進(jìn)入計(jì)算機(jī)及圖像卡(5)中，具有四路輸入的圖像卡將這四路信號實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)字化，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后進(jìn)行存儲和顯示，另一組進(jìn)入四畫面分割器(7)中，它將四路視頻信號按幀格式錄制在一臺錄像機(jī)(8)上，同時(shí)將四路或單路視頻信號顯示在一臺監(jiān)視器(9)上，錄像機(jī)(8)錄制的四路視頻信號經(jīng)四畫面分割器(7)回放顯示四路或單路視頻圖像在監(jiān)視器(9)上，回放的圖像可以再次進(jìn)入計(jì)算機(jī)及圖像卡(7)中進(jìn)行數(shù)字化，得到試驗(yàn)過程中的任何時(shí)刻裂紋擴(kuò)展的圖像，用于補(bǔ)充由計(jì)算機(jī)捕獲間隔時(shí)間較長引起的關(guān)鍵圖像丟失問題。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是觀測記錄的實(shí)時(shí)性，保證了裂紋擴(kuò)展全過程觀不間斷；觀測的多樣性，包括多方位、多方式、多內(nèi)容觀測；操作簡單，由計(jì)算機(jī)自動控制；圖像處理、資料提取、結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析計(jì)算機(jī)化；全過程回放，可以有利于深入理解巖石的破裂(斷層)形成過程與孕育機(jī)制；適用面廣，不僅可以對較軟的巖石，而且可以對較硬的巖石的破裂全過程圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)與多方位觀測記錄、分析。
權(quán)利要求1．一種用于細(xì)觀巖石力學(xué)試驗(yàn)中裂紋擴(kuò)展全過程的數(shù)字式實(shí)時(shí)多方位觀測記錄分析裝置，它由四個(gè)CCD攝像機(jī)(1)、字符疊加器(2)、顯微監(jiān)視器(3)、視頻分配器(4)、計(jì)算機(jī)及圖像卡(5)、打印機(jī)(6)、四畫面分割器(7)、錄像機(jī)(8)、多畫面監(jiān)視器(9)組成；其特征在于采用四個(gè)CCD攝像機(jī)(1)，其中攝像機(jī)(11)配接在顯微鏡(10)的照像接口處，與顯微監(jiān)視器(3)連接，攝像機(jī)(12)斜放在試件上表面的上方，與試件上表面成45°角；攝像機(jī)(13)水平放置在試件的側(cè)面；攝像機(jī)(14)固定在測試儀表面板的前方，與字符疊加器(2)相接，攝像機(jī)(12)、攝像機(jī)(13)、顯微監(jiān)視器(3)、字符疊加器(2)直接與視頻分配器(4)連接，視頻分配器(4)具有二組輸出，一組輸出到計(jì)算機(jī)中的圖像卡(5)，另一組輸出到四畫面分割器(7)，在四畫面分割器(7)的錄像端口連接一臺錄像機(jī)(8)，在監(jiān)視端口連接一臺監(jiān)視器(9)，回放時(shí)將錄像機(jī)(8)連接到四畫面分割器(7)的回放端口。
專利摘要一種裂紋擴(kuò)展全過程的數(shù)字式實(shí)時(shí)多方位觀測記錄分析裝置，其特征是該裝置由四個(gè)CCD攝像機(jī)、字符疊加器、顯微監(jiān)視器、視頻分配器、計(jì)算機(jī)及圖像卡、打印機(jī)、四畫面分割器、錄像機(jī)、多畫面監(jiān)視器組成。四個(gè)CCD攝像機(jī)經(jīng)過顯微鏡或直接進(jìn)行多方位、多內(nèi)容同步觀測記錄，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制、顯示、存儲、分析四幅畫面，畫面分割器將四幅畫面分割由一臺錄像機(jī)記錄并由一臺監(jiān)視器顯示，被連續(xù)記錄的四畫面圖像可以回放顯示在一臺監(jiān)視器上，也可以再次進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。本裝置成本較低、工作穩(wěn)定、操作靈活，可以廣泛應(yīng)用于細(xì)觀巖石力學(xué)試驗(yàn)中對試件進(jìn)行加載全過程的數(shù)字式實(shí)時(shí)觀測記錄分析。
文檔編號G01N21/84GK2452023SQ00255818
公開日2001年10月3日 申請日期2000年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月29日
發(fā)明者馮夏庭, 王川嬰, 陳四利, 李廷芥 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所