[发明专利]一种光学非接触式的测量管道内部大颗粒的方法

说明书

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学非接触式的测量管道内部大颗粒的方法。本发明公开了一种光学非接触式的测量管道内部大颗粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、开启水泵输运系统，所述透明管道内颗粒开始运动；S2、所述透明管道内部颗粒运动趋于稳定，所述高速摄像机开始采集图像；S3、当所述高速摄像机采集完图像后，利用神经网络进行图像识别，根据灰度值从所述高速摄像机拍摄的图像中识别出大颗粒；S4、通过计算得到所述大颗粒的流速等信息。该方法采用的实验设施简单，功能明确，可识别重叠程度高、拍摄畸变严重的颗粒群，进而对高浓度大颗粒固液两相流中颗粒的体积分数、运动速度开展测试分析。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学非接触式的测量管道内部大颗粒的方法。

背景技术

海底蕴藏着丰富的矿产资源，深海矿产资源开采技术是海洋资源开发技术的前沿，标志着一个国家开发海洋资源的综合能力和技术水平，因此开采海底的矿产资源的重要性不言而喻。

目前海底采矿的最主流方案是采用水力提升矿石。但由于作业环境是深海，具有诸多不确定因素，为确保采矿作业的正常实施，需要先在陆上进行模拟水力提升矿石的实验。

在水力提升实验中，使用相似密度的颗粒模拟海底的矿石，采用透明的管道以便于观察颗粒的运动情况。然而由于颗粒在封闭的管道内运动，不便于测量其运动速度等数据。

在水力提升固液两相流中，固体的运动状态直接影响到整个管道的运输状况，因此，对固体的运输状态的检测是非常重要的，通过各种监测装置观察监测管道中固体的运动状态与参数。与本发明接近的有以下几项专利：(1)一种基于Echo-PIV的水泵系统内固液两相流测量方法(申请号：201810901580.X)；(2)一种基于电信号的固液两相流泵颗粒浓度的测量装置和方法(申请号：202011640408.7)；(3)一种测量固液两相流体中的固相介质浓度的方法(申请号：202110010310.1)；(4)一种测量疏浚管道中固液两相流输送浓度的方法(申请号：202110410228.8)。现有相关专利技术中，大部分是监测管道中尺寸较小颗粒的速度浓度参数，未给出对于大颗粒适用的管道中固体的检测方法。除此之外，大部分对于固体的检测装置采用管道内部设置和采取施加电场磁场，对管道内混合物的流动造成了一定干扰，不足之处如下：(1)仅针对固液两相流尺寸较小颗粒，对于大颗粒不适用；(2)管道内部装置，会对颗粒流动造成干扰；(3)大多测量管道横截面的瞬时状态，导致浓度测量不准确。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种光学非接触式的测量管道内部大颗粒的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明主要解决的技术问题是提供用于固液两相流，能兼顾大小颗粒，测量准确，同时对颗粒流动干扰小的固体运动检测设备。

为实现上述目的，本发明提供一种实验装置，其特征在于，包括透明管道、高速摄像机、刻度尺、光源及反光板，所述透明管道外壳上设置有刻度尺，所述高速摄像机设置在所述透明管道外的一侧，所述光源及反光板设置在所述透明管道的另外一侧，与所述高速摄像机相对。

进一步地，所述透明管道竖直或者水平设置，实验时，颗粒随水流通过透明管道，所述光源为条状光源，无频闪现象，满足高频拍摄要求。

进一步地，所述刻度尺沿管道一致的方向粘贴或者雕刻在所述透明管道的外壳上，用以测量颗粒运动过的距离。

进一步地，所述高速摄像机连续捕捉颗粒流动通过管道时的图像，所述高速摄像机拍照频率大于500Hz，所述高速摄像机数量大于等于2，拍摄方向呈一定的夹角，相机可同时或分别触发拍摄，通过程序判定颗粒的三维位置和运动。

进一步地，所述反光板衬在管道的后方，与所述透明管道的距离小于20mm，以使高速摄像机拍摄图像中的颗粒对比环境更加明显。

一种光学非接触式的测量管道内部大颗粒的方法，依靠所述的实验装置，其特征在于，还包括以下步骤：