一种气泡参数测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种气泡参数测量装置，包括底座支架，在所述底座支架上设置有滑动导轨，在所述滑动导轨上滑动安装有光源模组和光学成像设备，在所述光源模组与光学成像设备之间设置有透明水槽；所述光学成像设备采集透明水槽中的气泡图像，并将采集到的图像数据发送至数据处理终端，通过数据处理终端对气泡图像进行分析，以获取气泡参数。本实用新型的气泡参数测量装置结构简单，成本低廉，可以为计算气泡在液体中的体积及其形状特征等参数提供技术上的支持，不仅测量参数可调，测量结果准确、实时性强，而且可以在很大程度上节约样品溶液的使用量，简化操作过程。
【专利说明】一种气泡参数测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水样检测【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实现检测的测量装置。
【背景技术】
[0002]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C0、S02 XH4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重要的作用。
[0003]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】
[0004]本实用新型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，为准确、快速分析液体中的气泡体积及其形态特征提供硬件上的支持。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现:
[0006]一种气泡参数测量装置，包括底座支架，在所述底座支架上设置有滑动导轨，在所述滑动导轨上滑动安装有光源模组和光学成像设备，在所述光源模组与光学成像设备之间设置有透明水槽；所述光学成像设备采集透明水槽中的气泡图像，并将采集到的图像数据发送至数据处理终端，以生成气泡参数。
[0007]为了能够利用采集到的气泡图像准确地换算出真实气泡的实际粒径尺寸，在所述滑动导轨上滑动安装有一标定板支架，在所述定位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有标定板，所述标定板伸入到透明水槽中，通过所述标定板对气泡图像所对应的实物尺寸进行标定。
[0008]进一步的，在所述标定板上设置有标定图像，所述标定图像是由多个实心圆点排列形成的实心圆点阵列。通过光学成像设备首先采集标定图像，建立起实心圆点实际直径尺寸与光学成像设备的像素个数之间的对应关系，然后通过计算光学成像设备所采集到的气泡图像的像素个数，进而利用所述对应关系便可准确地计算出实际气泡的粒径参数。
[0009]又进一步的，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，将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。
[0010]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。
[0011]进一步的，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。
[0012]为了能够准确、直观地观测到三个滑块之间的位置关系，在所述底座支架的一侧，沿滑动导轨延伸的方向设置有刻度尺。
[0013]为了使本实用新型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，本实用新型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。
[0014]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。
[0015]为了简化硬件结构，满足装置的紧凑性设计要求，优选将所述的气泡发生器与光源模组安装在同一个滑块上，并在所述滑块上进一步设置电源开关组件，分别连接所述的气泡发生器和光源模组，对所述气泡发生器和光源模组的供电电源进行开关控制。
[0016]与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是:本实用新型的气泡参数测量装置结构简单，成本低廉，可以为计算气体(气泡)在液体中的体积及其形状特征等参数提供技术上的支持，不仅测量参数可调，测量结果准确、实时性强，而且可以在很大程度上节约样品溶液的使用量，简化操作过程，适合在科研、教学、海水监测等领域中广泛应用，实现对流动/非流动性透明液体中气泡参数的测量。
[0017]结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型所提出的气泡参数测量装置的一种实施例的结构示意图；
[0019]图2是标定板的一种实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细地描述。
[0021]参见图1所示，本实施例的气泡参数测量装置主要由底座支架1、滑动导轨17、光源模组、透明水槽19、光学成像设备12和数据处理终端18等部分组成。其中，底座支架I作为整个装置的支撑部件，优选设计成框架式结构，以减少用料，降低成本。在底座支架I底部的四个边角位置安装有支架垫脚21，底座支架I的上方安装所述滑动导轨17，将所述的光源模组和光学成像设备12滑动安装在所述的滑动导轨17上，并将透明水槽19放置在光源模组与光学成像设备12之间，通过调节光源模组和光学成像设备12在滑动导轨17上的位置，以方便光学成像设备12清晰地获取透明水槽19中气泡的投影图像。
[0022]在本实施例中，优选采用在滑动导轨17上安装两个独立的滑块14、15，通过两个滑块14、15分别承载所述的光源模组和光学成像设备12，使其可以在滑动导轨17上水平滑动，调节测量参数。
[0023]将两个滑块14、15在滑动导轨17上一字排开，且位于透明水槽19的相对两侧，利用光源模组产生的光线，照射透明水槽19中的样本溶液，并通过光学成像设备12采集样品溶液中气泡的投影图像，将光学成像设备19采集到的图像数据发送至数据处理终端18，利用数据处理终端18对气泡图像进行分析，由此便可以计算出实际气泡的参数信息，实现对样品溶液中气泡参数的测量。
[0024]在本实施例中，所述光源模组优选采用LED灯4、万向调节轴5、LED灯支架6和磨砂玻璃23等部件组成，参见图1所示。其中，LED灯支架6安装在第一滑块14上，在对LED灯4起到支撑作用的同时，可以改变LED灯4的高度。将万向调节轴5安装在LED灯支架6上，万向调节轴5上安装所述的LED灯4，通过调节万向调节轴5可以改变LED灯4的发光方向。为了对所述LED灯4所发出的光线进行分散，本实施例在所述LED灯4的出光端面上安装了磨砂玻璃23。利用LED灯4前向散射光投影的方式，为光学成像设备12清晰地获取气泡的投影图像提供了技术上的支持。
[0025]对于所述透明水槽19来说，优选采用玻璃制成，用于盛装样品溶液。将所述玻璃水槽19设计成上开口的正方体结构，放置在底座支架I的中间部位所形成的基座24上，参见图1所示。
[0026]由于通过光学成像设备12获取到的气泡图像并不能准确地反映出实际气泡的粒径尺寸，为了建立起气泡图像与气泡实际尺寸之间的对应关系，本实施例在玻璃水槽19中设计了标定板8，如图1所示。在所述标定板8上形成标定图像，所述标定图像优选设计成由多个实心圆点排列形成的实心圆点阵列，参见图2所示。在指定距离通过光学成像设备12获取标定板8上的标定图像，使得建立实心圆点的实际直径尺寸与图像像素个数的对应关系成为可能。通过这种对应关系，可以很方便地获得指定距离的目标对应的像素，为通过计算图像的像素个数获取气泡的粒径参数提供了技术上的支持。
[0027]为了方便调节标定板8的高度，将所述标定板8安装在标定板位置调节杆9的底部，标定板位置调节杆9的顶部穿过标定板支架7，并通过锁紧部件23将标定板位置调节杆9固定在所述的标定板支架7上，通过标定板位置调节杆9调节标定板8的纵向位置，即高度，并控制标定板8水平转动。所述标定板支架7优选设计成正方形的框架式结构，围绕玻璃水槽19的外侧进行套装。将标定板支架7的底部安装在另外一个独立的滑块16 (称之为第二滑块16)上，将所述第二滑块16滑动安装在所述的滑动导轨17上，使标定板支架7可以沿滑动导轨17水平移动，调节标定板8在玻璃水槽19中的位置。
[0028]所述光学成像设备12优选采用高分辨率的照相机拍摄玻璃水槽19中的气泡投影图像。将光学成像设备12安装在位置调节支架13上，将位置调节支架13固定在第三滑块15上，参见图1所示。通过位置调节支架13调整光学成像设备12的纵向位移，使其刚好与标定板8的中心位置以及LED灯4的出光端面处于同一条直线上。第三滑块15搭载位置调节支架13和光学成像设备12在滑动导轨17上移动，以调节光学成像设备12与玻璃水槽19之间的距离。
[0029]为了方便观测三个滑块14、15、16的滑动位置，本实施例在所述底座支架I的一侧(平行于滑动导轨17的一侧)还设置了刻度尺22，参见图1所示，所述刻度尺22沿滑动导轨17的延伸方向平行布设，以方便检测人员清楚、直观地获得LED灯4、玻璃水槽19、光学成像设备12三者之间的位置关系。
[0030]光学成像设备12将获取到的图像数据通过数据线传输至数据处理终端18 (例如计算机等)，在数据处理终端18中运行相应的软件程序，处理相关的图像数据，获得气泡参数的测量结果。
[0031]下面结合图1，对样品溶液中气泡的参数测量方法进行具体地阐述。
[0032]在对样品溶液中的气泡进行参数测量之前，首先进行标定过程。
[0033]在标定时，首先调节LED灯4、标定板8和光学成像设备12三者于一条直线上；然后为LED灯4供电，校正LED灯4的光路，使其与标定板8和光学成像设备12于一条直线。移动第一滑块14和第三滑块15，直到在光学成像设备12中可以获取标定板8上的标定图像，调节并记录光学成像设备12的参数，获取标定板8的清晰图像。通过数据处理终端18获取光学成像设备12的图像数据，利用数据处理软件在数据处理终端18上显示、分析和保存图像数据，建立起标定板8上实心圆点的实际直径尺寸与光学成像设备12所获取的实心圆点图像像素个数之间的对应关系，并通过刻度尺22记录第一滑块14、标定板支架7和第三滑块15所在的刻度。
[0034]标定结束，进入样品溶液中气泡的实际测量过程。
[0035]测量时，保持光学成像设备12的参数、第一滑块14、标定板支架7和第三滑块15的所在刻度不变，移除标定板8，将待测的样品溶液注入到玻璃水槽19中。利用光学成像设备12获取样品溶液中气泡的投影图像，传输至数据处理终端18，通过数据处理终端18中运行的数据处理软件获取气泡投影图像的像素个数，进而利用已建立起来的对应关系，计算出气泡的实际尺寸。
[0036]测量结束后，可以对所获取的图像数据进行统计分析，计算出气泡的粒径分布和
山/又ο
[0037]为了使本实施例的气泡参数测量装置同样适用于模拟实验教学和科学研究工作，本实施例还可以在所述气泡参数测量装置中进一步设置气泡发生装置，参见图1所示，包括出气孔10、气体输送管11、气泡发生器3和气流速度调节阀20。将所述出气孔10设置在玻璃水槽19中，优选布设在玻璃水槽19的底部，连接气体输送管11，并通过气体输送管11连接气泡发生器3，利用人工产生的气泡进行模拟实验。在气体输送管11上安装气流速度调节阀20，以控制气泡的产生速度。
[0038]作为本实施例的一种优选设计方案，所述气泡发生器3和气流速度调节阀20优选布设在第一滑块14上，在第一滑块14上还可以同时布设电源开关组件2，参见图1所示。将所述电源开关组件2分别连接气泡发生器3和LED灯4，为气泡发生器3和LED灯4进行供电控制。[0039]在进行模拟实验时，也是首先进行标定过程，建立起标定板8的网格实际尺寸与光学成像设备12所获取的网格图像像素个数之间的对应关系。然后，执行下述的气泡参数测量过程。
[0040]测量时，保持光学成像设备12的参数、第一滑块14、标定板支架7和第三滑块15的所在刻度不变，移除标定板8，在玻璃水槽19中注入水。通过移动气体输送管11带动出气孔10位于标定板位置调节杆9的正下方。启动电源开关组件2中气泡发生器3的开关，并根据出气口 10的出气速度，调节气流速度调节阀20的开度，以控制通过出气口 10产生的气泡速度。利用光学成像设备12获取水中气泡的投影图像，传输至数据处理终端18，通过数据处理终端18中运行的数据处理软件获取气泡投影图像的像素个数，进而利用已建立起来的对应关系，计算出气泡的实际尺寸，完成模拟实验。
[0041]当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种气泡参数测量装置，其特征在于:包括底座支架，在所述底座支架上设置有滑动导轨，在所述滑动导轨上滑动安装有光源模组和光学成像设备，在所述光源模组与光学成像设备之间设置有透明水槽；所述光学成像设备采集透明水槽中的气泡图像，并将采集到的图像数据发送至数据处理终端。
2.根据权利要求1所述的气泡参数测量装置，其特征在于:在所述滑动导轨上滑动安装有一标定板支架，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有标定板，所述标定板伸入到透明水槽中。
3.根据权利要求2所述的气泡参数测量装置，其特征在于:在所述标定板上设置有标定图像，所述标定图像是由多个实心圆点排列形成的实心圆点阵列。
4.根据权利要求2所述的气泡参数测量装置，其特征在于: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。
5.根据权利要求1所述的气泡参数测量装置，其特征在于: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。
6.根据权利要求1所述的气泡参数测量装置，其特征在于: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。
7.根据权利要求1所述的气泡参数测量装置，其特征在于:在所述底座支架的一侧，沿滑动导轨延伸的方向设置有刻度尺。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的气泡参数测量装置，其特征在于:在所述透明水槽中设置有出气孔，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。
9.根据权利要求8所述的气泡参数测量装置，其特征在于:所述出气孔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。
10.根据权利要求8所述的气泡参数测量装置，其特征在于:所述气泡发生器与光源模组安装在同一个滑块上，在该滑块上还设置有电源开关组件，分别连接所述的气泡发生器和光源模组，对所述气泡发生器和光源模组的供电电源进行开关控制。
【文档编号】G01N15/02GK203785995SQ201320568688
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】杜立彬, 张 浩, 曲君乐, 杨倩, 吴承璇, 董磊, 雷卓, 贺海靖, 祁国梁, 吕斌, 王秀芬, 刘杰 申请人:山东省科学院海洋仪器仪表研究所