專利名稱：一種顆粒分布和直徑的測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量裝置，具體地涉及一種顆粒分布和直徑的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
隨著激光及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，以激光散射、衍射和干涉原理開(kāi)發(fā)出了許多新的流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)，其中可以實(shí)現(xiàn)粒度測(cè)量的方法主要有激光相位多普勒技術(shù)(Phase Doppler Patricle Analyzer, FOPA)、激光衍射散射技術(shù)和粒子圖像測(cè)速測(cè)徑技術(shù)(Particle Image Velocimetry and Sizing, PIVS)。PDPA 測(cè)量時(shí)要求空間數(shù)據(jù)遍及測(cè)試系統(tǒng)，光路系統(tǒng)復(fù)雜，不便于調(diào)試，且只能完成流場(chǎng)的單點(diǎn)高精度測(cè)量。激光衍射散射技術(shù)得到的是通過(guò)激光光束的粒子散射信息，測(cè)試系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，不能進(jìn)行瞬時(shí)測(cè)量。PIVS技術(shù)采用激光片光照明測(cè)試流場(chǎng)的粒子，用CCD攝像頭獲取垂直于流場(chǎng)方向截面內(nèi)粒子的像，通過(guò)數(shù)字圖像處理的方法來(lái)識(shí)別粒子的像和統(tǒng)計(jì)分析其所占像素的多少來(lái)確定其等效直徑的大小，既解決了單點(diǎn)測(cè)量技術(shù)的不足，又實(shí)現(xiàn)了流場(chǎng)中粒度分布的瞬時(shí)測(cè)量，已成功應(yīng)用于細(xì)水霧粒徑測(cè)量和爆炸拋撒水霧粒度研究和火災(zāi)煙霧探測(cè)中。但該方法不具有普適性:成像系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要將CCD攝像頭、攝像頭控制單元和幀捕捉卡配合使用，幀率僅為25FPS，使得高速粒子無(wú)法及時(shí)捕獲；且在圖像標(biāo)定過(guò)程中采用多項(xiàng)式擬合的方法，該方法需要對(duì)每一種成像條件提供控制點(diǎn)坐標(biāo)，實(shí)驗(yàn)操作步驟較為繁瑣。此外，目前現(xiàn)有技術(shù)中，還沒(méi)有能夠?qū)︻w粒進(jìn)行多角度多位置的測(cè)量裝置，不能滿足實(shí)際的工作需要。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種顆粒分布和直徑的測(cè)量裝置，其包括圓錐形的外殼體，在圓錐形外殼體內(nèi)部的頂端設(shè)置有能夠貫通外殼體內(nèi)部和外部的通孔，在通孔處設(shè)置有噴嘴，該噴嘴與設(shè)置在外殼體外部的輸送管道相連通，噴嘴噴射的方向朝向外殼體的內(nèi)部，輸送管道中的顆粒通過(guò)噴嘴噴射到外殼體內(nèi)部，該外殼體的側(cè)面封閉而底面敞開(kāi)，在外殼體的側(cè)面上分布至少2根從外殼體頂端連接出來(lái)并延伸至外殼體底面圓周上的支撐骨架，該支撐骨架與該圓錐形外殼體的母線重合，在支撐骨架上設(shè)置有升降機(jī)構(gòu)，該升降機(jī)構(gòu)連接有相機(jī)，該相機(jī)能通過(guò)升降機(jī)構(gòu)能夠沿支撐骨架上下移動(dòng)，相機(jī)中鏡頭的方向?qū)?zhǔn)圓錐形外殼體的內(nèi)部并能夠上下調(diào)節(jié)鏡頭方向，從而能夠拍攝顆粒通過(guò)噴嘴噴射后在行程中初始、中間以及完成的不同階段的圖像，該圓錐形外殼體與電機(jī)相連接，該電機(jī)能夠根據(jù)不同的測(cè)量需要控制圓錐形外殼體的錐角進(jìn)行變化，從而控制外殼體圓錐形的敞開(kāi)幅度以調(diào)整噴嘴噴射顆粒的噴射范圍，在圓錐形外殼體的底面圓周上設(shè)置有滑軌，在滑軌上設(shè)置有激光器，該激光器能夠通過(guò)其內(nèi)部的片光系統(tǒng)向外殼體的內(nèi)部發(fā)射激光片光，激光器與圓錐形外殼體底面圓周上的滑軌之間通過(guò)樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)連接，這樣激光器能夠沿底面滑軌進(jìn)行圓周移動(dòng)并能夠調(diào)整激光器發(fā)出激光的入射方向，這樣配置地調(diào)整激光射出方向與嗔嘴嗔射顆粒方向之間的照射夾角，以使激光能夠照射在嗔嘴嗔射后的彳丁程中初始、中間以及完成的不同階段的顆粒上以發(fā)生不同角度的漫反射，從而分析處于不同階段顆粒的直徑，此外，該顆粒分布測(cè)量裝置的噴嘴、電機(jī)、激光器以及相機(jī)都與控制單元連接，控制單元連接至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)定的不同程序通過(guò)控制單元控制噴嘴噴射的流量、外殼體的圓錐形敞開(kāi)程度、激光器的入射方向和入射強(qiáng)度、相機(jī)的鏡頭位置和方向，以根據(jù)不同需要進(jìn)行不同的顆粒測(cè)量，計(jì)算機(jī)還能夠獲取相機(jī)在不同位置拍攝的激光照射顆粒的連續(xù)運(yùn)動(dòng)圖像，并通過(guò)軟件進(jìn)行顆粒直徑以及分布的計(jì)算和分析。優(yōu)選的是，當(dāng)計(jì)算機(jī)獲得顆粒的連續(xù)運(yùn)動(dòng)圖像后，首先順序采用去除噪聲、中值濾波、圖像局部灰度均勻算法、邊緣修正以及圖像二值化以進(jìn)行預(yù)處理，獲得初始圖像，然后提取圖像中目標(biāo)直線構(gòu)造初始多變形，進(jìn)一步進(jìn)行膨脹和腐蝕的二值化操作以獲得完整畸變圖像，然后根據(jù)交比不變性在二維坐標(biāo)內(nèi)對(duì)畸變圖像進(jìn)行校正，省略了尋找控制點(diǎn)坐標(biāo)的過(guò)程，具體地，根據(jù)交比不變性，畸變圖像點(diǎn)坐標(biāo)與校正圖像點(diǎn)坐標(biāo)的關(guān)系式為:
權(quán)利要求
1.一種顆粒分布和直徑的測(cè)量裝置，其包括圓錐形的外殼體，在圓錐形外殼體內(nèi)部的頂端設(shè)置有能夠貫通外殼體內(nèi)部和外部的通孔，在通孔處設(shè)置有噴嘴，該噴嘴與設(shè)置在外殼體外部的輸送管道相連通，噴嘴噴射的方向朝向外殼體的內(nèi)部，輸送管道中的顆粒通過(guò)噴嘴噴射到外殼體內(nèi)部，該外殼體的側(cè)面封閉而底面敞開(kāi)，在外殼體的側(cè)面上分布至少2根從外殼體頂端連接出來(lái)并延伸至外殼體底面圓周上的支撐骨架，該支撐骨架與該圓錐形外殼體的母線重合，在支撐骨架上設(shè)置有升降機(jī)構(gòu)，該升降機(jī)構(gòu)連接有相機(jī)，該相機(jī)能通過(guò)升降機(jī)構(gòu)能夠沿支撐骨架上下移動(dòng)，相機(jī)中鏡頭的方向?qū)?zhǔn)圓錐形外殼體的內(nèi)部并能夠上下調(diào)節(jié)鏡頭方向，從而能夠拍攝顆粒通過(guò)噴嘴噴射后在行程中初始、中間以及完成的不同階段的圖像，該圓錐形外殼體與電機(jī)相連接，該電機(jī)能夠根據(jù)不同的測(cè)量需要控制圓錐形外殼體的錐角進(jìn)行變化，從而控制外殼體圓錐形的敞開(kāi)幅度以調(diào)整噴嘴噴射顆粒的噴射范圍，在圓錐形外殼體的底面圓周上設(shè)置有滑軌，在滑軌上設(shè)置有激光器，該激光器能夠通過(guò)其內(nèi)部的片光系統(tǒng)向外殼體的內(nèi)部發(fā)射激光片光，激光器與圓錐形外殼體底面圓周上的滑軌之間通過(guò)樞轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)連接，這樣激光器能夠沿底面滑軌進(jìn)行圓周移動(dòng)并能夠調(diào)整激光器發(fā)出激光的入射方向，這樣配置地調(diào)整激光射出方向與噴嘴噴射顆粒方向之間的照射夾角，以使激光能夠照射在噴嘴噴射后的行程中初始、中間以及完成的不同階段的顆粒上以發(fā)生不同角度的漫反射，從而分析處于不同階段顆粒的直徑，此外，該顆粒分布測(cè)量裝置的噴嘴、電機(jī)、激光器以及相機(jī)都與控制單元連接，控制單元連接至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)定的不同程序通過(guò)控制單元控制噴嘴噴射的流量、外殼體的圓錐形敞開(kāi)程度、激光器的入射方向和入射強(qiáng)度、相機(jī)的鏡頭位置和方向，以根據(jù)不同需要進(jìn)行不同的顆粒測(cè)量，計(jì)算機(jī)還能夠通過(guò)控制單元獲取相機(jī)在不同位置拍攝的激光照射顆粒的連續(xù)運(yùn)動(dòng)圖像，并通過(guò)軟件進(jìn)行顆粒直徑以及分布的計(jì)算和分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒分布和直徑的測(cè)量裝置，其特征在于:當(dāng)計(jì)算機(jī)獲得顆粒的連續(xù)運(yùn)動(dòng)圖像后，首先順序采用去除噪聲、中值濾波、圖像局部灰度均勻算法、邊緣修正以及圖像二值化以進(jìn)行預(yù)處理，獲得初始圖像，然后提取圖像中目標(biāo)直線構(gòu)造初始多變形，進(jìn)一步進(jìn)行膨脹和腐蝕的二值化操作以獲得完整畸變圖像，然后根據(jù)交比不變性在二維坐標(biāo)內(nèi)對(duì)畸變圖像進(jìn)行校正，省略了尋找控制點(diǎn)坐標(biāo)的過(guò)程，具體地，根據(jù)交比不變性，畸變圖像點(diǎn)坐標(biāo)與校正圖像點(diǎn)坐標(biāo)的關(guān)系式為:,_ 2 sin θρ2χ - wpx X 一2 sm θρχ + w(w -2x)2wl< p ----* 21 Sinfi1-WcoS^h^+c|-^)2y = — -yl --2---2 t i2+ —+ fp-j)2+2(p-xXcosII 4"2式中，為畸變圖像的長(zhǎng)度，為畸變圖像的高度，二者均能夠測(cè)量得出；為校正圖像的長(zhǎng)度，為物距，為相機(jī)觀測(cè)方向與激光片光前向的夾角，則只需通過(guò)在計(jì)算機(jī)中設(shè)定物距和角度值，就能夠根據(jù)畸變圖像獲得校正圖像，以實(shí)現(xiàn)顆粒圖像的幾何校正，最后根據(jù)校正圖像統(tǒng)計(jì)分析所占像素的比例來(lái)確定顆粒等效直徑的大小和分布狀況。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顆粒分布和直徑的測(cè)量裝置，其特征在于:激光器產(chǎn)生厚度1mm，發(fā)散角為60°的激光片光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的顆粒分布和直徑的測(cè)量裝置，其特征在于:在每根支撐骨架上都設(shè)置有相機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的顆粒分布和直徑的測(cè)量裝置，其特征在于:當(dāng)設(shè)置至少2個(gè)相機(jī)時(shí)，相機(jī)米用相對(duì)噴射方向?qū)ΨQ的位置放置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的顆粒分布和直徑的測(cè)量裝置，其特征在于:所述相機(jī)為具有變焦鏡頭的CCD相機(jī)或者CMOS相機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的顆粒分布和直徑的測(cè)量裝置，其特征在于:所述相機(jī)的曝光時(shí)間在1/80-1-5000范 圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種顆粒分布和直徑的測(cè)量裝置，其包括外殼體、噴嘴、激光器、相機(jī)、控制單元、計(jì)算機(jī)，并通過(guò)樞轉(zhuǎn)裝置及滑軌裝置而隨意調(diào)節(jié)激光器和相機(jī)位置和角度的方式利用高速攝影的方法來(lái)獲得激光片光截面照射的顆粒的連續(xù)圖像，并將該圖像傳送至計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析，在進(jìn)行顆粒直徑和分步計(jì)算時(shí)，根據(jù)交比不變性原理進(jìn)行圖像畸變校正，省略了尋找控制點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)的過(guò)程，以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作步驟，本發(fā)明構(gòu)造簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)容易，通過(guò)校正圖像而使得測(cè)量結(jié)果更加精確。
文檔編號(hào)G01N15/02GK103076265SQ20131000966
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者莊弘煒, 李其祥, 戰(zhàn)仁軍, 趙法棟, 王方, 馬永忠, 趙田安, 歐陽(yáng)的華, 莊維偉 申請(qǐng)人:戰(zhàn)仁軍