[发明专利]一种气泡参数测量方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明属于水样检测技术领域，具体地说，是涉及一种用于对液体样品中的气泡参数进行检测的测量方法及测量装置。

背景技术

海洋、江河、湖泊的流动会产生大量的气泡，水下生物的呼吸、扰动也会产生大量的气泡，气泡的生成在一定程度上会影响到海洋、江河、湖泊与外界环境的变化。气泡在水中存活的时间一般在数秒到数百秒之间，它的主要成分是空气，包括O₂、部分CO₂和少量的CO、SO₂ 、CH₄以及碳氟化合物等有毒气体。研究气泡的特性在流体动力学和物质交换、环境噪音、地球物理学、化学工程应用、生物制药、废水处理和环境科学等方面都有十分重要的作用。

海洋、江河、湖泊中的气泡主要是由波浪破碎产生的，其直径一般不超过毫米级，所以形状基本近似圆形，通常采用声散射方法或者光学摄影方法来检测气泡的分布和粒径尺寸。其中，在采用声散射方法对气泡参数进行检测的过程中，所需使用的设备结构相对简单，检测方便，但受环境噪声影响比较大，检测精度低，在解决流场中气泡的空间分布（如速度和粒径等）问题时，很难达到良好的效果。光学检测方法是目前用来研究气泡参数的主要方法，其检测设备相对复杂，成本高，但是成像精度高，可以获得很清晰的气泡图像。通过对气泡图像的处理，可以为单个气泡的属性信息提供详细的行为细节，也可以通过具有一定时序的图像，分析气泡群的运动特性，研究气泡破碎在海气界面气体交换中的作用，也可以用来研究气泡的运动，计算水体与气体界面上的热量和能量交换，校正海色遥感中水下光场的反射误差，分析气泡对水声噪声的影响以及勘测海洋的地质变化等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉的气泡参数测量装置，用于对液体中的气泡体积及其形态特征实现快速、准确的分析。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种气泡参数测量装置，包括光源模组、光学成像设备、标定板支架、透明水槽和标定板；所述透明水槽位于光源模组和光学成像设备之间，标定板安装在标定板支架上且伸入到透明水槽中；所述光学成像设备分别采集标定板上的标定图像和透明水槽中的气泡图像，并将采集到的图像数据分别发送至数据处理终端，通过数据处理终端分别进行图像尺寸标定和气泡图像的分析处理，以生成气泡参数。

为了方便地调节光源模组、标定板和光学成像设备之间的位置关系，将所述光源模组、光学成像设备和标定板支架均滑动安装在一滑动导轨上，且标定板支架位于光源模组与光学成像设备之间，所述滑动导轨安装在底座支架上。

进一步的，在所述底座支架的中间部位形成有基座，所述透明水槽放置在所述的基座上，所述标定板支架套装在透明水槽的外侧，标定板支架的底部安装在一个独立的滑块上，所述滑块安装在所述的滑动导轨上，以方便调节标定板的位置。

为了对标定板的上下位置实现调节，在所述标定板支架上安装有上下位置可调的标定板位置调节杆，在所述标定板位置调节杆的底部安装所述的标定板。

作为所述光源模组的一种优选结构组建方式，在所述的光源模组中设置有LED灯、LED灯支架、万向调节轴和磨砂玻璃；所述LED灯通过万向调节轴安装在LED灯支架上，所述LED灯支架固定安装在一个独立的滑块上，所述滑块安装在所述的滑动导轨上；所述磨砂玻璃安装在LED灯的出光端面上，对LED灯发出的光线进行散射，以方便光学成像设备获取气泡的投影图像，为计算气泡的粒径等参数提供技术上的支持。

为了对光学成像设备的高度进行调节，优选将所述光学成像设备安装在位置调节支架上，所述位置调节支架安装在一个独立的滑块上，所述滑块安装在所述的滑动导轨上。

为了使本发明所提出的气泡参数测量装置不仅适用于对待测样品溶液中气泡参数的分析、检测过程，而且还可以同时作为模拟实验装置应用于教学和理论研究的实验过程中，本发明在所述透明水槽中还进一步设置了出气孔，所述出气孔连接气体输送管，通过气体输送管连接气泡发生器，由此便可以采用人工制造气泡的方式，利用人为生成的气泡来代替实际样品溶液中所存在的气泡，完成教学和理论研究实验。

优选的，所述出气孔优选设置在透明水槽的底部，在气体输送管的带动下在透明水槽内水平移动，以便在需要的位置生成检测所需的气泡，方便实验的进行。

基于上述气泡参数测量装置，本发明还提出了一种利用该装置实现的气泡参数测量方法，包括以下步骤：

a、利用标定板上的标定图像，建立标定图像的实际尺寸与光学成像设备的像素个数之间的对应关系，完成图像尺寸标定过程；