實驗水槽污染物濃度場測試裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提出一種實驗水槽污染物濃度場測試裝置，包括支撐機構、照明機構以及成像機構，照明機構與成像機構裝設于支撐機構上，成像機構包括俯位成像設備與側位成像設備，俯位成像設備位于實驗水槽上方，側位成像設備設有至少一對，分別位于實驗水槽兩側；照明機構包括發(fā)光體與反光板，發(fā)光體位于實驗水槽上方，發(fā)光體的光照方向指向水體內部，反光板設有至少一對，分別位于實驗水槽兩側；該實驗水槽污染物濃度場測試裝置可根據(jù)污染物排放的位置對拍攝區(qū)域進行移動調整，置于實驗水槽上方的CCD相機，水槽兩側的數(shù)字工業(yè)相機多方位地對污染物擴散情況進行的同步拍攝，有助于對流體中產生的浮射流、異重流以及泥沙沉降的擴散現(xiàn)象進行分析與研究。
【專利說明】
實驗水槽污染物濃度場測試裝置
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及一種實驗水槽污染物濃度場測試裝置。
【背景技術】
[0002]在研究環(huán)境污染問題上，污水排入江河湖海，人們最關心的是污染物濃度在水體中的分布情況，即污染物的濃度場，從而掌握水體的污染程度和污染物擴散變化趨勢，進而選擇相應的污染治理手段。而實驗進行的操作就是為了研究污染物的擴散機理，從而找出其濃度場變化規(guī)律。濃度場的測量技術近幾十年來有了很大的發(fā)展，國外先進的流動顯示和測量方法(如粒子成像測濃度場、激光誘導熒光、激光分子測濃度場等)能實現(xiàn)非接觸全場濃度測量。隨著計算機技術的發(fā)展，人們在使流動顯示和有效測量的基礎上通過數(shù)字圖像處理技術將視覺圖像轉化為數(shù)字圖像，這些數(shù)字圖像某點的灰度與其亮度是對應的，灰度越小，圖像越暗，因此，視覺圖像顏色的深淺可通過相應數(shù)字圖像的灰度大小來反映。對于各點濃度不同的溶液，各點亮度不同，因此用照相機拍攝的圖像各點的灰度也不同，通過事先標定的濃度與灰度的對應關系，則可根據(jù)拍攝圖像各點的灰度推求溶液各點的濃度。特別地，經過實驗分析，在實驗室水槽通常深度范圍里，水深對污染物圖像灰度的影響很小，在較小的測量范圍內可以忽略不計;而光強對污染物圖像灰度影響較大，光強越強，圖像灰度越大。
[0003]雖然污染物濃度場測量設備也有了較大的發(fā)展和改進，但由于測量區(qū)域過小(一般小于10—3Hi2)、價格過高或對使用環(huán)境要求較高等因素限制了它們的應用，利于實驗的循環(huán)多次操作以及設備的更換和維修。如現(xiàn)有的測量精度較高PLIF(Planar Laser InducedFluorescence，平面激光誘導焚光技術)，其基本原理是在激光片光的激發(fā)下，摻入流體中的熒光物質產生反映濃度大小的熒光光強，利用攝像機采集熒光灰度圖像，根據(jù)標定實驗數(shù)據(jù)確定的灰度與濃度關系反演得到濃度場，其具有不干擾流場、定量獲取瞬時全場濃度信息、捕捉微小湍流結構、可視化顯示流場內部結構的優(yōu)勢。但PLIF技術在實際操作中有一定的局限性，因為激光光源架設比較困難，調整不方便，且使用激光光源會產生一個光強沿程消減的現(xiàn)象，即激光打亮的面，粒子在靠近激光處較亮，測量所得濃度較高，而遠離激光處粒子亮度較弱，測量所得濃度就較低。因此，在科學實驗中，這就導致了實驗測量的局限性和誤差的產生，所得數(shù)據(jù)就不利于我們對同時間內污染物濃度擴散的變化情況進行研究分析，而且試驗系統(tǒng)較為龐雜，科研設備成本也較高。
[0004]綜上所述，設計一種能使測量區(qū)域的流體通體透亮、光強均勻，對流體進行多方位的拍攝，并能夠廣泛應用于拍攝浮射流、異重流、泥沙沉降等物質擴散現(xiàn)象的圖片，且設備成本較低，應用范圍廣的方法與裝置，是目前急需解決的問題，同時裝置結構簡單、使用方便也是實驗室進行裝置改造的創(chuàng)新方向。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種實驗水槽污染物濃度場測試裝置，實現(xiàn)可移動多方位測量污染物濃度場。
[0006]本實用新型為解決其技術問題所采用的技術方案是，
[0007]實驗水槽污染物濃度場測試裝置，包括支撐機構、照明機構以及成像機構，照明機構與成像機構裝設于支撐機構上，成像機構包括俯位成像設備與側位成像設備，俯位成像設備位于實驗水槽上方，從實驗水槽上方指向水體內部，側位成像設備設有至少一對，分別位于實驗水槽兩側，各側位成像設備分別從實驗水槽兩側指向水體內部；照明機構包括發(fā)光體與反光板，發(fā)光體位于實驗水槽上方，發(fā)光體的光照方向指向水體內部，反光板設有至少一對，分別位于實驗水槽兩側，各反光板的反光方向分別從實驗水槽兩側指向水體內部；
[0008]進一步，支撐機構包括移動測車，移動測車底部設有支腳，支腳底部具有行走輪，行走輪下方設有與之適配的導軌，移動測車兩端分別設有吊架，吊架向下方伸出，反光板以及側位成像設備設置于吊架上；
[0009]具體地，發(fā)光體的高度小于俯位成像設備的高度，側位成像設備的高度為實驗水槽水體深度的一半;俯位成像設備通過轉向結構安裝于支撐機構上;俯位成像設備由CCD(Charge-coupled Device，電荷親合元件)相機充任，側位成像設備由數(shù)字工業(yè)相機充任；發(fā)光體由LED(Light-Emitting D1de，發(fā)光二極管)燈充任，反光板為軟反光板，由錫箔紙和白布制成;俯位成像設備及側位成像設備通過線路與控制設備連通。
[0010]本實用新型的優(yōu)點在于，該實驗水槽污染物濃度場測試裝置可根據(jù)污染物排放的位置對拍攝區(qū)域進行移動調整，置于實驗水槽上方的CCD相機，水槽兩側的數(shù)字工業(yè)相機多方位地對污染物擴散情況進行的同步拍攝，有助于對流體中產生的浮射流、異重流以及泥沙沉降的擴散現(xiàn)象進行分析與研究，光源所采用的LED燈為低功率、穩(wěn)定、無頻閃的光源，在有限的距離內光源在水槽上方擴散均勻，特別是在反光板的作用下，使水槽中被照射的水流通體發(fā)亮，亮度均勻，從而得到拍攝效果較好的圖片。
【附圖說明】

[0011]圖1是本實用新型提出的實驗水槽污染物濃度場測試裝置的正面結構示意圖；
[0012]圖2是該測試裝置的側面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]為了使本實用新型實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合圖示與具體實施例，進一步闡述本實用新型。
[0014]如圖1、圖2所示，本實用新型提出的實驗水槽污染物濃度場測試裝置包括支撐機構、照明機構以及成像機構，照明機構與成像機構裝設于支撐機構上，成像機構包括俯位成像設備I與側位成像設備2，俯位成像設備位于實驗水槽上方，從實驗水槽上方指向水體內部，側位成像設備設有一對，分別位于實驗水槽兩側，各側位成像設備分別從實驗水槽兩側指向水體內部;照明機構包括發(fā)光體3與反光板4，發(fā)光體位于實驗水槽上方，發(fā)光體的光照方向指向水體內部，反光板設有一對，分別位于實驗水槽兩側，各反光板的反光方向分別從實驗水槽兩側指向水體內部;支撐機構包括移動測車5，移動測車底部設有支腳6，支腳底部具有行走輪7，行走輪下方設有與之適配的導軌8，移動測車兩端分別設有吊架9，吊架向下方伸出，反光板以及側位成像設備設置于吊架上;發(fā)光體的高度小于俯位成像設備的高度，側位成像設備的高度為實驗水槽水體深度的一半;俯位成像設備通過轉向結構安裝于支撐機構上;在本實施例中，俯位成像設備由CCD相機充任，側位成像設備由數(shù)字工業(yè)相機充任；發(fā)光體由LED燈充任，反光板為軟反光板，由錫箔紙和白布制成;俯位成像設備及側位成像設備通過線路與控制設備連通。
[0015]該裝置的工作過程:試驗前，首先將CCD相機和數(shù)字工業(yè)相機分別固定于移動測車的中心點位置和位于水槽外側的兩個吊架上，使它們在同一軸線上，調整其與水槽邊壁的距離，并使之與各自拍攝剖面保持水平;其次，根據(jù)試驗需要，調整相機與污染物排放口的距離和相機與LED燈的距離。裝置調整后，設置環(huán)境水體流量為24m3/h，尾門水位為32cm，水槽水流流速比較小;污染物排放口位于水槽的兩個邊壁中間，水面以下1cm，且垂直于玻璃壁，與LED燈光源的水平距離為120cm;污染物的排放量為16.7mL/s。實驗開始后，按污染物的濃度由低到高依次排放，同時利用電腦軟件同步設置三個相機拍攝的時間間距和時長，依次采集排放口處的圖像，每組采集10張圖像，共采集11組圖像，利用CCD相機在水槽正上方拍攝污染物擴散的平面圖片，當出現(xiàn)浮射流、異重流或泥沙沉降擴散的現(xiàn)象時可利用數(shù)字工業(yè)相機在水槽兩側邊壁外拍攝污染物擴散的圖片，再通過圖像處理系統(tǒng)得出排放口位置各個圖像的灰度，根據(jù)污染物的濃度與對應圖像的灰度得到兩者間的相互關系，然后再進行污染物擴散的實驗，并利用污染物的濃度與對應圖像的灰度關系再進行機理上的分析與研究。
[0016]以上實施方式只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓本領域的技術人員了解本實用新型的內容并加以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍，凡根據(jù)本實用新型精神實質所做的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.實驗水槽污染物濃度場測試裝置，包括支撐機構、照明機構以及成像機構，照明機構與成像機構裝設于支撐機構上，其特征在于: 成像機構包括俯位成像設備與側位成像設備，俯位成像設備位于實驗水槽上方，從實驗水槽上方指向水體內部，側位成像設備設有至少一對，分別位于實驗水槽兩側，各側位成像設備分別從實驗水槽兩側指向水體內部；照明機構包括發(fā)光體與反光板，發(fā)光體位于實驗水槽上方，發(fā)光體的光照方向指向水體內部，反光板設有至少一對，分別位于實驗水槽兩側，各反光板的反光方向分別從實驗水槽兩側指向水體內部。2.根據(jù)權利要求1所述的實驗水槽污染物濃度場測試裝置，其特征在于，支撐機構包括移動測車，移動測車底部設有支腳，支腳底部具有行走輪，行走輪下方設有與之適配的導軌，移動測車兩端分別設有吊架，吊架向下方伸出，反光板以及側位成像設備設置于吊架上。3.根據(jù)權利要求1所述的實驗水槽污染物濃度場測試裝置，其特征在于，發(fā)光體的高度小于俯位成像設備的高度，側位成像設備的高度為實驗水槽水體深度的一半。4.根據(jù)權利要求1所述的實驗水槽污染物濃度場測試裝置，其特征在于，俯位成像設備通過轉向結構安裝于支撐機構上。5.根據(jù)權利要求1所述的實驗水槽污染物濃度場測試裝置，其特征在于，俯位成像設備由CCD相機充任，側位成像設備由數(shù)字工業(yè)相機充任。6.根據(jù)權利要求1所述的實驗水槽污染物濃度場測試裝置，其特征在于，發(fā)光體由LED燈充任，反光板為軟反光板，由錫箔紙和白布制成。7.根據(jù)權利要求1所述的實驗水槽污染物濃度場測試裝置，其特征在于，俯位成像設備及側位成像設備通過線路與控制設備連通。
【文檔編號】G01N21/84GK205691515SQ201620547667
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月7日 公開號201620547667.8, CN 201620547667, CN 205691515 U, CN 205691515U, CN-U-205691515, CN201620547667, CN201620547667.8, CN205691515 U, CN205691515U
【發(fā)明人】顧杰, 鄭宇華
【申請人】上海海洋大學