實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出一種實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置，包括支撐機(jī)構(gòu)、照明機(jī)構(gòu)以及成像機(jī)構(gòu)，照明機(jī)構(gòu)與成像機(jī)構(gòu)裝設(shè)于支撐機(jī)構(gòu)上，成像機(jī)構(gòu)包括俯位成像設(shè)備與側(cè)位成像設(shè)備，俯位成像設(shè)備位于實(shí)驗(yàn)水槽上方，側(cè)位成像設(shè)備設(shè)有至少一對，分別位于實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)；照明機(jī)構(gòu)包括發(fā)光體與反光板，發(fā)光體位于實(shí)驗(yàn)水槽上方，發(fā)光體的光照方向指向水體內(nèi)部，反光板設(shè)有至少一對，分別位于實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)；該實(shí)驗(yàn)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(jìn)行移動調(diào)整，置于實(shí)驗(yàn)水槽上方的CCD相機(jī)，水槽兩側(cè)的數(shù)字工業(yè)相機(jī)多方位地對污染物擴(kuò)散情況進(jìn)行的同步拍攝，有助于對流體中產(chǎn)生的浮射流、異重流以及泥沙沉降的擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)行分析與研究。
【專利說明】
實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在研究環(huán)境污染問題上，污水排入江河湖海，人們最關(guān)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(kuò)散變化趨勢，進(jìn)而選擇相應(yīng)的污染治理手段。而實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的操作就是為了研究污染物的擴(kuò)散機(jī)理，從而找出其濃度場變化規(guī)律。濃度場的測量技術(shù)近幾十年來有了很大的發(fā)展，國外先進(jìn)的流動顯示和測量方法(如粒子成像測濃度場、激光誘導(dǎo)熒光、激光分子測濃度場等)能實(shí)現(xiàn)非接觸全場濃度測量。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們在使流動顯示和有效測量的基礎(chǔ)上通過數(shù)字圖像處理技術(shù)將視覺圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，這些數(shù)字圖像某點(diǎn)的灰度與其亮度是對應(yīng)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(yīng)數(shù)字圖像的灰度大小來反映。對于各點(diǎn)濃度不同的溶液，各點(diǎn)亮度不同，因此用照相機(jī)拍攝的圖像各點(diǎn)的灰度也不同，通過事先標(biāo)定的濃度與灰度的對應(yīng)關(guān)系，則可根據(jù)拍攝圖像各點(diǎn)的灰度推求溶液各點(diǎn)的濃度。特別地，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，在實(shí)驗(yàn)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(nèi)可以忽略不計(jì);而光強(qiáng)對污染物圖像灰度影響較大，光強(qiáng)越強(qiáng)，圖像灰度越大。
[0003]雖然污染物濃度場測量設(shè)備也有了較大的發(fā)展和改進(jìn)，但由于測量區(qū)域過小(一般小于10—3Hi2)、價(jià)格過高或?qū)κ褂铆h(huán)境要求較高等因素限制了它們的應(yīng)用，利于實(shí)驗(yàn)的循環(huán)多次操作以及設(shè)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(dǎo)焚光技術(shù))，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(zhì)產(chǎn)生反映濃度大小的熒光光強(qiáng)，利用攝像機(jī)采集熒光灰度圖像，根據(jù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的灰度與濃度關(guān)系反演得到濃度場，其具有不干擾流場、定量獲取瞬時(shí)全場濃度信息、捕捉微小湍流結(jié)構(gòu)、可視化顯示流場內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。但PLIF技術(shù)在實(shí)際操作中有一定的局限性，因?yàn)榧す夤庠醇茉O(shè)比較困難，調(diào)整不方便，且使用激光光源會產(chǎn)生一個(gè)光強(qiáng)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(yuǎn)離激光處粒子亮度較弱，測量所得濃度就較低。因此，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，這就導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)測量的局限性和誤差的產(chǎn)生，所得數(shù)據(jù)就不利于我們對同時(shí)間內(nèi)污染物濃度擴(kuò)散的變化情況進(jìn)行研究分析，而且試驗(yàn)系統(tǒng)較為龐雜，科研設(shè)備成本也較高。
[0004]綜上所述，設(shè)計(jì)一種能使測量區(qū)域的流體通體透亮、光強(qiáng)均勻，對流體進(jìn)行多方位的拍攝，并能夠廣泛應(yīng)用于拍攝浮射流、異重流、泥沙沉降等物質(zhì)擴(kuò)散現(xiàn)象的圖片，且設(shè)備成本較低，應(yīng)用范圍廣的方法與裝置，是目前急需解決的問題，同時(shí)裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便也是實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行裝置改造的創(chuàng)新方向。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置，實(shí)現(xiàn)可移動多方位測量污染物濃度場。
[0006]本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，
[0007]實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置，包括支撐機(jī)構(gòu)、照明機(jī)構(gòu)以及成像機(jī)構(gòu)，照明機(jī)構(gòu)與成像機(jī)構(gòu)裝設(shè)于支撐機(jī)構(gòu)上，成像機(jī)構(gòu)包括俯位成像設(shè)備與側(cè)位成像設(shè)備，俯位成像設(shè)備位于實(shí)驗(yàn)水槽上方，從實(shí)驗(yàn)水槽上方指向水體內(nèi)部，側(cè)位成像設(shè)備設(shè)有至少一對，分別位于實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)，各側(cè)位成像設(shè)備分別從實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)指向水體內(nèi)部；照明機(jī)構(gòu)包括發(fā)光體與反光板，發(fā)光體位于實(shí)驗(yàn)水槽上方，發(fā)光體的光照方向指向水體內(nèi)部，反光板設(shè)有至少一對，分別位于實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)，各反光板的反光方向分別從實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)指向水體內(nèi)部；
[0008]進(jìn)一步，支撐機(jī)構(gòu)包括移動測車，移動測車底部設(shè)有支腳，支腳底部具有行走輪，行走輪下方設(shè)有與之適配的導(dǎo)軌，移動測車兩端分別設(shè)有吊架，吊架向下方伸出，反光板以及側(cè)位成像設(shè)備設(shè)置于吊架上；
[0009]具體地，發(fā)光體的高度小于俯位成像設(shè)備的高度，側(cè)位成像設(shè)備的高度為實(shí)驗(yàn)水槽水體深度的一半;俯位成像設(shè)備通過轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)安裝于支撐機(jī)構(gòu)上;俯位成像設(shè)備由CCD(Charge-coupled Device，電荷親合元件)相機(jī)充任，側(cè)位成像設(shè)備由數(shù)字工業(yè)相機(jī)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(shè)備及側(cè)位成像設(shè)備通過線路與控制設(shè)備連通。
[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，該實(shí)驗(yàn)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(jìn)行移動調(diào)整，置于實(shí)驗(yàn)水槽上方的CCD相機(jī)，水槽兩側(cè)的數(shù)字工業(yè)相機(jī)多方位地對污染物擴(kuò)散情況進(jìn)行的同步拍攝，有助于對流體中產(chǎn)生的浮射流、異重流以及泥沙沉降的擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)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(nèi)光源在水槽上方擴(kuò)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(shí)用新型提出的實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是該測試裝置的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示與具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0014]如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型提出的實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置包括支撐機(jī)構(gòu)、照明機(jī)構(gòu)以及成像機(jī)構(gòu)，照明機(jī)構(gòu)與成像機(jī)構(gòu)裝設(shè)于支撐機(jī)構(gòu)上，成像機(jī)構(gòu)包括俯位成像設(shè)備I與側(cè)位成像設(shè)備2，俯位成像設(shè)備位于實(shí)驗(yàn)水槽上方，從實(shí)驗(yàn)水槽上方指向水體內(nèi)部，側(cè)位成像設(shè)備設(shè)有一對，分別位于實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)，各側(cè)位成像設(shè)備分別從實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)指向水體內(nèi)部;照明機(jī)構(gòu)包括發(fā)光體3與反光板4，發(fā)光體位于實(shí)驗(yàn)水槽上方，發(fā)光體的光照方向指向水體內(nèi)部，反光板設(shè)有一對，分別位于實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)，各反光板的反光方向分別從實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)指向水體內(nèi)部;支撐機(jī)構(gòu)包括移動測車5，移動測車底部設(shè)有支腳6，支腳底部具有行走輪7，行走輪下方設(shè)有與之適配的導(dǎo)軌8，移動測車兩端分別設(shè)有吊架9，吊架向下方伸出，反光板以及側(cè)位成像設(shè)備設(shè)置于吊架上;發(fā)光體的高度小于俯位成像設(shè)備的高度，側(cè)位成像設(shè)備的高度為實(shí)驗(yàn)水槽水體深度的一半;俯位成像設(shè)備通過轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)安裝于支撐機(jī)構(gòu)上;在本實(shí)施例中，俯位成像設(shè)備由CCD相機(jī)充任，側(cè)位成像設(shè)備由數(shù)字工業(yè)相機(jī)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(shè)備及側(cè)位成像設(shè)備通過線路與控制設(shè)備連通。
[0015]該裝置的工作過程:試驗(yàn)前，首先將CCD相機(jī)和數(shù)字工業(yè)相機(jī)分別固定于移動測車的中心點(diǎn)位置和位于水槽外側(cè)的兩個(gè)吊架上，使它們在同一軸線上，調(diào)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(yàn)需要，調(diào)整相機(jī)與污染物排放口的距離和相機(jī)與LED燈的距離。裝置調(diào)整后，設(shè)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(gè)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(shí)驗(yàn)開始后，按污染物的濃度由低到高依次排放，同時(shí)利用電腦軟件同步設(shè)置三個(gè)相機(jī)拍攝的時(shí)間間距和時(shí)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(jī)在水槽正上方拍攝污染物擴(kuò)散的平面圖片，當(dāng)出現(xiàn)浮射流、異重流或泥沙沉降擴(kuò)散的現(xiàn)象時(shí)可利用數(shù)字工業(yè)相機(jī)在水槽兩側(cè)邊壁外拍攝污染物擴(kuò)散的圖片，再通過圖像處理系統(tǒng)得出排放口位置各個(gè)圖像的灰度，根據(jù)污染物的濃度與對應(yīng)圖像的灰度得到兩者間的相互關(guān)系，然后再進(jìn)行污染物擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)，并利用污染物的濃度與對應(yīng)圖像的灰度關(guān)系再進(jìn)行機(jī)理上的分析與研究。
[0016]以上實(shí)施方式只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所做的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置，包括支撐機(jī)構(gòu)、照明機(jī)構(gòu)以及成像機(jī)構(gòu)，照明機(jī)構(gòu)與成像機(jī)構(gòu)裝設(shè)于支撐機(jī)構(gòu)上，其特征在于: 成像機(jī)構(gòu)包括俯位成像設(shè)備與側(cè)位成像設(shè)備，俯位成像設(shè)備位于實(shí)驗(yàn)水槽上方，從實(shí)驗(yàn)水槽上方指向水體內(nèi)部，側(cè)位成像設(shè)備設(shè)有至少一對，分別位于實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)，各側(cè)位成像設(shè)備分別從實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)指向水體內(nèi)部；照明機(jī)構(gòu)包括發(fā)光體與反光板，發(fā)光體位于實(shí)驗(yàn)水槽上方，發(fā)光體的光照方向指向水體內(nèi)部，反光板設(shè)有至少一對，分別位于實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)，各反光板的反光方向分別從實(shí)驗(yàn)水槽兩側(cè)指向水體內(nèi)部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置，其特征在于，支撐機(jī)構(gòu)包括移動測車，移動測車底部設(shè)有支腳，支腳底部具有行走輪，行走輪下方設(shè)有與之適配的導(dǎo)軌，移動測車兩端分別設(shè)有吊架，吊架向下方伸出，反光板以及側(cè)位成像設(shè)備設(shè)置于吊架上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)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(shè)備的高度，側(cè)位成像設(shè)備的高度為實(shí)驗(yàn)水槽水體深度的一半。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置，其特征在于，俯位成像設(shè)備通過轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)安裝于支撐機(jī)構(gòu)上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置，其特征在于，俯位成像設(shè)備由CCD相機(jī)充任，側(cè)位成像設(shè)備由數(shù)字工業(yè)相機(jī)充任。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)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(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)水槽污染物濃度場測試裝置，其特征在于，俯位成像設(shè)備及側(cè)位成像設(shè)備通過線路與控制設(shè)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(xué)