專利名稱：裂紋擴展全過程的數字式實時多方位觀測記錄分析裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種裂紋擴展全過程的數字式實時多方位觀測分析裝置，可用于細觀巖石力學試驗加載全過程中微裂紋擴展的多方位觀測、統計與計算分析。
細觀巖石力學試驗設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，更換不同放大倍數的鏡頭時需調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與觀察范圍成反比，因此在放大倍數較大時完成整個試件表面的觀察次數較多。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間完成對試件表面的部分或全部進行拍攝記錄。這種顯微觀察裝置雖然在加載的不同階段對試件進行準實時觀察記錄，但是，這樣的觀察記錄是很不完整的，只能得到某幾個應力狀態下的裂紋狀態圖，它不能在試驗的最后階段(即試件破裂階段)記錄微裂紋擴展的全過程，也不能觀察試件側面的裂紋擴展全過程，更無法對觀察的結果進行實時地統計與計算分析；由于只能拍攝若干張不同狀態的圖像，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制。而前面這兩點又恰恰是巖石的細觀力學研究中最為重要的，這是因為巖石是不均質體，只有對巖石試件的多個表面的裂紋擴展全過程進行觀測，才能客觀真實地反映巖石的非均質破裂特性。對于脆性巖石，在達到峰值強度后，其破壞速度是相當快的，只有實時拍攝才有可能記錄破裂過程的主要圖像。
本實用新型的目的是針對上述顯微觀察裝置存在的問題，提出一種可用于細觀巖石力學試驗中對微裂紋擴展全過程進行多方位觀察、記錄、測量、統計與分析的一套數字式實時多方位觀測記錄分析裝置。它可以從多個方位對試件同時進行觀測，并對觀測的圖像進行全過程實時記錄和數字化、實現微裂紋擴展全過程的計算機模擬、分析與處理，實現多畫面圖像的同步存儲和同步回放功能。
為了達到上述目的，本實用新型提供了一種細觀巖石力學試驗中裂紋擴展全過程的數字式實時多方位觀測記錄分析裝置，該裝置由四個CCD攝像機(1)、字符疊加器(2)、顯微監視器(3)、視頻分配器(4)、計算機及圖像卡(5)、打印機(6)、四畫面分割器(7)、錄像機(8)、多畫面監視器(9)組成。四個CCD攝像機從不同方位同時對試件的多個表面的裂紋擴展全過程進行實時觀測并記錄，其中一路視頻信號進入由計算機控制的字符疊加器中進行同步參數疊加，四路視頻信號分別傳輸至位于計算機中的圖像卡和四畫面分割器中，圖像卡將四路視頻圖像實時進行數字化和顯示，并按指定的時間間隔進行存儲，四畫面分割器將四路視頻圖像同時顯示在一個監視器上并由一臺錄像機記錄，經過數字化后的圖像可由計算機分析處理，錄像機記錄的圖像可以回放出四個畫面或單獨某一個畫面，回放的圖像也可以再次進入圖像卡中對特定時刻的圖像進行數字化，用于補充由間隔較長造成的掉幀問題。
以下結合附圖對本實用新型的實例作進一步詳細的描述。
圖1裂紋擴展全過程的數字式實時多方位觀測記錄分析裝置的組成框架圖圖2攝像機的布置圖裂紋擴展全過程的數字式實時多方位觀測記錄分析裝置，如圖1所示，它由四個CCD攝像機(1)、字符疊加器(2)、顯微監視器(3)、視頻分配器(4)、計算機及圖像卡(5)、打印機(6)、四畫面分割器(7)、錄像機(8)、多畫面監視器(9)組成。四個CCD攝像機(1)，其中攝像機(11)配接在顯微鏡(10)的照像接口處，與顯微監視器(3)連接；攝像機(12)斜放在試件上表面的上方，與試件上表面成45°角；攝像機(13)水平放置在試件的側面；攝像機(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(12)、攝像機(13)、顯微監視器(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，一組輸出到計算機中的圖像卡(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(8)，在監視端口連接一臺監視器(9)，回放時將錄像機(8)連接到四畫面分割器(7)的回放端口，四個CCD攝像機的布置如圖2所示。攝像機(11)用于拍攝顯微鏡獲得的圖像；攝像機(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，同時又能觀察到整個試件的上表面；攝像機(13)用于觀測試件整個側面的裂紋擴展；攝像機(14)用于拍攝試驗過程中加載的荷載數和試件的軸向變形量。
攝像機(11)將顯微鏡(10)獲得的圖像直接傳輸至顯微監視器(3)中進行顯示，同時也傳輸至視頻分配器(4)中，攝像機(12)、攝像機(13)直接將視頻信號傳輸至視頻分配器(4)中，攝像機(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的字符和時鐘字符疊加后再傳輸至視頻分配器(4)中，經過視頻分配器(4)后，四個CCD攝像機的視頻信號被分為二組。一組進入計算機及圖像卡(5)中，具有四路輸入的圖像卡將這四路信號實時進行數字化，再經計算機處理后進行存儲和顯示，另一組進入四畫面分割器(7)中，它將四路視頻信號按幀格式錄制在一臺錄像機(8)上，同時將四路或單路視頻信號顯示在一臺監視器(9)上，錄像機(8)錄制的四路視頻信號經四畫面分割器(7)回放顯示四路或單路視頻圖像在監視器(9)上，回放的圖像可以再次進入計算機及圖像卡(7)中進行數字化，得到試驗過程中的任何時刻裂紋擴展的圖像，用于補充由計算機捕獲間隔時間較長引起的關鍵圖像丟失問題。
本實用新型的優點是觀測記錄的實時性，保證了裂紋擴展全過程觀不間斷；觀測的多樣性，包括多方位、多方式、多內容觀測；操作簡單，由計算機自動控制；圖像處理、資料提取、結果統計與分析計算機化；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行實時與多方位觀測記錄、分析。
權利要求1．一種用于細觀巖石力學試驗中裂紋擴展全過程的數字式實時多方位觀測記錄分析裝置，它由四個CCD攝像機(1)、字符疊加器(2)、顯微監視器(3)、視頻分配器(4)、計算機及圖像卡(5)、打印機(6)、四畫面分割器(7)、錄像機(8)、多畫面監視器(9)組成；其特征在于采用四個CCD攝像機(1)，其中攝像機(11)配接在顯微鏡(10)的照像接口處，與顯微監視器(3)連接，攝像機(12)斜放在試件上表面的上方，與試件上表面成45°角；攝像機(13)水平放置在試件的側面；攝像機(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(12)、攝像機(13)、顯微監視器(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，一組輸出到計算機中的圖像卡(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(8)，在監視端口連接一臺監視器(9)，回放時將錄像機(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展全過程的數字式實時多方位觀測記錄分析裝置，其特征是該裝置由四個CCD攝像機、字符疊加器、顯微監視器、視頻分配器、計算機及圖像卡、打印機、四畫面分割器、錄像機、多畫面監視器組成。四個CCD攝像機經過顯微鏡或直接進行多方位、多內容同步觀測記錄，計算機實時控制、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記錄并由一臺監視器顯示，被連續記錄的四畫面圖像可以回放顯示在一臺監視器上，也可以再次進入計算機進行處理。本裝置成本較低、工作穩定、操作靈活，可以廣泛應用于細觀巖石力學試驗中對試件進行加載全過程的數字式實時觀測記錄分析。
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 優先權日2000年11月29日
發明者馮夏庭, 王川嬰, 陳四利, 李廷芥 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所