专利名称：气液两相泡状流中气泡的识别及测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于多相流领域，具体涉及ー种气液两相泡状流中气泡的识别及測量装置。
背景技术：
气液两相泡状流广泛存在于能源、动カ和化工等工程领域。这些系统中，气体通常以气泡的形式分散在液体中，在上升过程与周围气泡以及液流发生作用，从而影响系统的传质、传热或反应特性。气泡现象是气液两相泡状流的典型代表。在许多工程和实验中，气液两相泡状流中气泡的物性參数(如气泡尺寸及数量分布等)是重要的エ艺參数，气泡识别效果好坏直接影响气泡运动规律研究的精度。如在水处理方面，曝气、气浮及气选等エ艺的处理能耗和处理效率与气泡物性和运动特性密切相关。因此，对气泡尺寸及数量的定量·測量，不仅是认识各种涉及气泡的气液两相流动特性的重要前提，也为解决实际工程问题提供理论指导。随着气液两相泡状流流动的深入研究，对气泡測量手段提出了更高的要求。早期受测量技术的限制，对两相流动主要采用接触式測量方法，如快速关闭阀门法、电导法、射线衰减法、压差法、微波法、光纤探针、电导探针法、多孔法以及漂移量分析法等。但这些方法测量的数据多为单点、时均量，不能測量整个流动断面上的瞬时量，存在侵入干扰和测量气泡尺寸受限等缺点，而且测量结果往往存在较大误差。近年来，图像处理作为现代信息处理技术，已被广泛地应用到各种參数检测中，其中高速摄像法是ー种非接触式瞬态、整场测量方法，可以直观显示气泡的大小及其分布，以及气泡的运动过程；而且，对流场内的气泡运动没有干扰。然而，目前的技术多局限于气泡的离线测量，不能快速准确地对气泡尺寸和分布进行测量，无法满足自动控制系统的实时性要求。气泡图像处理的在线识别与測量技术不容乐观。
发明内容针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供ー种气液两相泡状流中气泡的识别和測量装置，该装置利用摄像机采集图像，并利用计算机在线、快速准确地识别图像中气液两相流中的气泡，并得到气泡物性參数。为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术解决方案一种气液两相泡状流中的气泡识别及测量装置，其特征在干，包括气泡生成部分与图像采集及处理部分；其中气泡生成部分包括气泵、转子流量计、曝气头和测试容器，其中，气泵通过胶管连接到曝气头的下端，胶管上安装有转子流量计；测试容器底部中心处开有圆孔，在该圆孔中塞入中空的胶皮塞，曝气头的上端从胶皮塞中的空腔穿过而进入测试容器内部。图像采集及处理部分包括计算机、图像采集控制卡、摄影机、光源和漫反射板，其中，图像采集控制卡安装在计算机中，光源和摄影机位于测试容器的同一侧面且两者均正对测试容器，漫反射板置于测试容器的另ー侧且与测试容器的该侧面平行；摄影机与计算机内的图像采集控制卡相连接。本实用新型还包括如下其他技术特征所述摄影机通过千兆以太网线与计算机内的图像采集控制卡相连接。所述气泵采用蠕动气泵。所述曝气头采用有机玻璃管。所述测试容器侧壁上帯有刻度。所述测试容器底部留有排水阀门。所述测试容器采用透明容器，如有机玻璃容器。 所述摄影机采用CMOS高速摄影仪。所述光源米用金齒灯。本实用新型的有益效果可实现对两相流中气泡物性參数的准确测量，这对深入认识这种流动现象的物理本质，解决实际工程问题均有重要意义，而且可为工程设计人员研发高效机器视觉エ业设备提供设计指导。

图I是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型的工作流程图。图3是气泡大小等效图。图4是应用本实用新型采集的气泡图像及图像处理結果。其中，(a)采集的气泡图像；为(b)为图像处理結果。图5为应用本实用新型的实施例中的气泡团尺寸大小分布统计結果。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进ー步解释说明。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型的气液两相泡状流中的气泡识别及测量装置，包括气泡生成部分与图像采集及处理部分；其中气泡生成部分包括气泵I、转子流量计2、曝气头3和测试容器4，其中，气泵I通过胶管6连接到曝气头3的下端，胶管6上安装有转子流量计2，转子流量计2用以控制气泡生成速率；测试容器4底部中心处开有孔径为80_的圆孔，在该圆孔中塞入中空的胶皮塞，曝气头3的上端从胶皮塞中的空腔穿过而进入测试容器4内部，曝气头3用以生成气泡。曝气头3采用有机玻璃管。测试容器4侧壁上帯有刻度，以便为拍摄结果提供标度。测试容器4底部留有排水阀门(图中未示出)。气泡生成部分的各个接ロ灵活连接，可卸可接，方便操作。气泵I采用蠕动气泵。测试容器4采用透明容器，如有机玻璃容器。图像采集及处理部分包括计算机5、图像采集控制卡、摄影机7、光源8和漫反射板9，其中，图像采集控制卡安装在计算机5中，光源8和摄影机7位于测试容器4的同一侧面且两者均正对测试容器4，漫反射板9置于测试容器4的另ー侧且与测试容器4的该侧面平行；摄影机7通过千兆以太网线与计算机5内的图像采集控制卡相连接。摄影机7采用CMOS高速摄影仪。为达到布光强度，光源8采用舞台摄影金卤灯。如图2所示，本实用新型的工作步骤如下I)准备光源I，打开蠕动气泵I开关，气体从软管6中经过转子流量计2，进入曝气头3的气体以鼓泡的方式进入测量容器4底部井上升，开启摄像机7并调节焦距至出现清晰图像；2)利用摄像机7获取气液两相流中气泡图像，并将采集到的气泡图像实时发送给计算机5。3)计算机5对获得的图像进行预处理、滤波、边缘检测、气泡区填充、标定等。利用 图2中的图像处理流程对获得的图像利用边缘检测和图像填充技术提取并计算气泡尺寸，使用基于形态学理论的分水岭算法对气泡图像进行分割，获得分离的气泡图像；4)计算机5获得气泡团的各尺寸气泡的分布密度，最終得到气泡參数统计分析。其中，利用计算机5对拍摄到的每幅图在线确定气泡的具体位置和尺寸。由于气泡的形状通常为椭球形，通过分析ニ维图像分析，得到气泡的长径dv (mm)和短径dh(mm)，长径和短径的表示方法如图3所示。采用当量直径CU表示气泡大小，计算方法如下deq = (dvd2h)l/3(I)应用例应用本实用新型对实际エ业中广泛存在的I 5mm的气泡在不同的实验条件下(如气泡团，纯水和浓度为0. 05X10-3mol/L曲拉通100溶液等不同エ况)的上升运动进行记录。实验中，气泡团采用本实用新型气泡发生装置生成，液体使用蒸馏水和不同浓度的表面活性剂溶液，气泡的瞬时运动利用加拿大Mega Speed Corp公司的MS 75K高速摄影仪实时记录，获得气泡的形状、大小、轨迹和分布。对中尺度稀疏气泡团的数字图像测量算法进行了初歩测试。图4给出了中尺度气泡拍摄示例图4(a)及图像处理结果图4(b)，图4(b)是将原拍摄图像图4(a)进行ニ值化、滤波等预处理后的图像結果。图5给出了该气泡团中气泡尺寸分布的測量結果。
权利要求1.一种气液两相泡状流中的气泡识别及测量装置，其特征在于，包括气泡生成部分与图像采集及处理部分；其中 气泡生成部分包括气泵(I)、转子流量计(2)、曝气头(3)和测试容器(4)，其中，气泵(I)通过胶管(6)连接到曝气头(3)的下端，胶管(6)上安装有转子流量计(2);测试容器(4)底部中心处开有圆孔，在该圆孔中塞入中空的胶皮塞，曝气头(3)的上端从胶皮塞中的空腔穿过而进入测试容器(4)内部； 图像采集及处理部分包括计算机(5)、图像采集控制卡、摄影机(7)、光源(8)和漫反射板(9)，其中，图像采集控制卡安装在计算机(5)中，光源(8)和摄影机(7)位于测试容器(4)的同一侧面且两者均正对测试容器(4)，漫反射板(9)置于测试容器(4)的另ー侧且与测试容器(4)的该侧面平行；摄影机(7)与计算机(5)内的图像采集控制卡相连接。
2.如权利要求I所述的气液两相泡状流中的气泡识别及测量装置，其特征在于，所述摄影机(7)通过千兆以太网线与计算机(5)内的图像采集控制卡相连接。
3.如权利要求I所述的气液两相泡状流中的气泡识别及测量装置，其特征在于，所述气泵(I)采用蠕动气泵。
4.如权利要求I所述的气液两相泡状流中的气泡识别及测量装置，其特征在于，所述曝气头(3)采用有机玻璃管。
5.如权利要求I所述的气液两相泡状流中的气泡识别及测量装置，其特征在于，所述测试容器(4)侧壁上带有刻度。
6.如权利要求I所述的气液两相泡状流中的气泡识别及测量装置，其特征在于，所述测试容器(4)底部留有排水阀门。
7.如权利要求I所述的气液两相泡状流中的气泡识别及测量装置，其特征在于，所述测试容器(4)采用透明容器。
8.如权利要求I所述的气液两相泡状流中的气泡识别及测量装置，其特征在于，所述摄影机(7)采用CMOS高速摄影仪。
9.如权利要求I所述的气液两相泡状流中的气泡识别及测量装置，其特征在于，所述光源(8 )米用金齒灯。
专利摘要本实用新型公开了一种气液两相泡状流中的气泡识别及测量装置，包括气泡生成部分与图像采集及处理部分；气泡生成部分包括气泵、转子流量计、曝气头和测试容器，气泵通过胶管连接到曝气头的下端，胶管上安装有转子流量计；曝气头的上端穿过而进入测试容器内部；图像采集及处理部分包括计算机、图像采集控制卡、摄影机、光源和漫反射板，图像采集控制卡安装在计算机中，光源和摄影机位于测试容器的同一侧面且两者均正对测试容器，漫反射板置于测试容器的另一侧且与测试容器的该侧面平行；摄影机与计算机内的图像采集控制卡相连接。该装置利用摄像机采集图像，并利用计算机在线、快速准确地识别图像中气液两相流中的气泡，并得到气泡物性参数。
文档编号G01B11/00GK202599852SQ201220174098
公开日2012年12月12日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者李彦鹏, 孟庆龙, 刘艳艳, 朱婷婷, 田野 申请人:长安大学