专利名称：絮体污泥介观动力学的测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于水处理环保技术领域，具体地是涉及一种絮体污泥介观动力学的测试装置。
背景技术：
水处理过程中，絮体污泥的动力行为直接影响着后续处理工艺单元的效果。以往对于絮体污泥的研究主要分为两大类，一是在宏观尺度上对其水动力学行为研究及参数测定，具体包括:絮体污泥的流速、悬浮浓度、污泥体积指数、污泥沉降比等；二是在微观尺度上，借助电镜扫描、高分辨率显微镜等手段对其形貌结构的变化行为进行研究，测定参数主要包括:分形数、微观形貌、微观结构等。但是从宏观到微观这两个尺度间的跨越大约为四到五个数量级，这两者间所存在的较大空间导致了两种研究方法及其评价结果的相关性差，难以在絮体污泥微观表征参数与宏观指标之间构建联系，以提高对絮体污泥行为与性状变化的估计和机理认识。
发明内容本实用新型为了解决现有技术中的问题，而提供了一种絮体污泥介观动力学的测
试装置。本实用新型所采取的技术方案是:本实用新型的絮体污泥介观动力学的测试装置，包括通过数据线连接的计算机、同步控制器、由激光器和透镜组组成的光路系统和絮体污泥测试平台；絮体污泥测试平台上设置有混合器和测试器，以及图像采集系统。所述的图像采集系统包括由第一 CXD相机图像采集器和第二 CXD相机图像采集器。所述的同步控制器上游通过数据线与计算机相连接收计算机指令，下游通过并行分支结构分别与激光器及第一 CCD相机图像采集器和第二 CCD相机图像采集器连接，以控制激光器与CCD相机图像采集器拍摄帧频同步，实现图像与光照的同步采集。所述的激光器为YAG激光器，功率为175mW，波长532nm。本实用新型的优点和有益效果为:本实用新型是一种在介于宏观与微观之间的介尺度条件下，对絮体污泥动力行为的测试装置，该装置可在介尺度上观察和测试絮体污泥的亚结构、动态形变、聚合、断裂、运动等过程，以及在宏观尺度上其在流体介质运动时对应每一时刻的流速、压力等水动力学参数。利用本实用新型可实现对絮体污泥在介观尺度下水动力学和形貌演变机制的研究，提高不同尺度上絮体污泥评价结果的相关性，加深对絮体污泥行为与性状变化的估计和机理认识，优化水处理反应器的运行效果。本实用新型适用于处理各类水处理反应器中的絮体污泥的介观尺度动力学行为和宏观尺度流体力学行为的测试，不受污泥种类的限制。
图1为本实用新型的絮体污泥介观动力学测量装置的系统连接图；图2为本实用新型的絮体污泥介观动力学测量装置的结构框图；其中:1.计算机2.同步控制器3.激光器4.透镜组5.第一 CO)相机 6.第二 CO)相机7.混合器8.测试器9.数据线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。图1为本实用新型的絮体污泥介观动力学测量装置的系统连接图；图2为本实用新型的絮体污泥介观动力学测量装置的结构框图。如图1和图2所示，本实用新型的絮体污泥介观动力学的测试装置，包括通过数据线9连接的计算机1、同步控制器2、由激光器3和透镜组4组成的光路系统和絮体污泥测试平台；絮体污泥测试平台上设置有混合器7和测试器8，以及图像采集系统。所述的图像采集系统包括由第一 CXD相机5和第二 CXD相机6。计算机通过信号输出端与自动化同步控制器相连，实验者可通过计算机发出指令，进而控制激光器等设备的开启与关闭等。此外，计算机可通过输入端接收CCD相机采集到的絮体污泥图像，经图像处理采集计算程序对图片进行预处理后输出絮体污泥的介观及宏观特征。同步控制器上游通过数据线与计算机相连接收计算机指令，下游通过并行分支结构分别与激光器及第一 CCD相机图像采集器和第二 CCD相机图像采集器连接，以控制激光器与CCD相机图像采集器拍摄帧频同步，实现图像与光照的同步采集。所述的激光器为YAG激光器，功率为175mW，波长532nm。激光通过组合透镜，由点光源成为线光源，射入水中形成照射平面，絮体污泥运动至光平面内，其运动速度、形态变化都将固定在此光学平面中，被图像采集后进行后续处理和分析。絮体污泥测试平台主要的混合器在正式进入测试之前，需对絮体污泥及流体介质(一般为水)进行混合，样品混合与投加池中设有折板，促进絮体污泥与水的均匀混合。测试器主要为长方体的透明亚克力反应器，长X宽X高:60X12X15cm。前端与高位静压布水器直接相连，起到均匀布水，稳定进水流场的作用。中段底部安装磁力搅拌转子，用来防止絮体污泥的沉积。后端设置污泥沉积槽，用来收集沉积的絮体污泥。进出水管设有玻璃转子流量计，用来调节进出水量。在反应器中段的两端侧壁面处，设置标尺刻度，用来调节样品测试器的位置以及为后续处理图象时标定尺寸。C⑶相机图像采集器包括用于介观图像采集的电荷耦合型图像传感器和用于宏观图像采集的电荷耦合型图像传感器。其中用于介观图像采集的电荷耦合型图像传感器(CCD)型号为MVC1000型， 采用高倍镜头，隔行传输，100万像素，最高采集速度可达15帧/秒。主要用于絮体污泥介尺度图像的采集，分析絮体污泥的亚结构、动态形变、聚合、断裂等过程。用于宏观图像采集的电荷耦合型图像传感器(CXD)型号为美国Redlake高速摄像机 HG-1OOK Motionxtra (Redlake MASD, Inc)和镜头(NikonFAFD, zoom-Nikkor 24_85mmf/2.8-f/4D)，最高采集速度可达1000帧/秒。主要用于絮体污泥宏观尺度图像的采集，分析絮体污泥运动及液相流场。图像采集系统上置调焦旋钮(放大、缩小)，调节可使成像放大倍数为25-2000倍。图像数据由IOOO-Mbps以太网传输和遥控，可快速下载到计算机上，与硬件系统配套的数据分析系统调用图片处理软件将絮体污泥样品的信息以数字图片的形式保存。本实用新型的测试装置的工作原理是:本实用新型基于耦合光学、电学及计算机图形学相关机理，在不干扰流场和絮体结构变化的情况下，通过同步控制电荷耦合型图像传感器(CCD)采集帧频和激光器脉冲光波，实现对宏观与介观双尺度图像信息的采集，将图像实时传输并存储于计算机中，运用计算机图形学提取和信息，分别采用介观图像分析模块与宏观图像分析模块将图像信息转化为实际测试数据，实现对絮体污泥本体和流场的实时分析，并完成后续数据处理和不同尺度上的信息关联及表达。本实用新型的测试装置的工作过程如下:被测样品将被放置于絮体污泥测试平台中，计算机通过同步控制器，同时控制激光器光源以及CCD相机的图像采集，实现对絮体图像同步采集。同步控制器通过数据线连接到激光器与第一 CXD相机和第二 CXD相机，实现拍摄与脉冲光波的同步进行。采集到的图像信号传输至计算机内，进行图像预处理和信息提取，最后进行数据分析。本实用新型是一种在介于宏观与微观之间的介尺度条件下，对絮体污泥动力行为的测试装置，该装置可在介尺度上观察和测试絮体污泥的亚结构、动态形变、聚合、断裂、运动等过程，以及在宏观尺度上其在流体介质运动时对应每一时刻的流速、压力等水动力学参数。利用本实用新型可实现对絮体污泥在介观尺度下水动力学和形貌演变机制的研究，提高不同尺度上絮体污泥评价结果的相关性，加深对絮体污泥行为与性状变化的估计和机理认识，优化水处理反应器的运行效果。本实用新型适用于处理各类水处理反应器中的絮体污泥的介观尺度动力学行为和宏观尺度流体力学行为的测试，不受污泥种类的限制。
权利要求1.一种絮体污泥介观动力学的测试装置，其特征在于:该装置包括通过数据线连接的计算机、同步控制器、由激光器和透镜组组成的光路系统和絮体污泥测试平台；絮体污泥测试平台上设置有混合器和测试器，以及图像采集系统。
2.根据权利要求1所述的絮体污泥介观动力学的测试装置，其特征在于:所述的图像采集系统包括由第一 CXD相机图像采集器和第二 CXD相机图像采集器。
3.根据权利要求2所述的絮体污泥介观动力学的测试装置，其特征在于:同步控制器上游通过数据线与计算机相连接收计算机指令，下游通过并行分支结构分别与激光器及第一 CCD相机图像采集器和第二 CCD相机图像采集器连接，以控制激光器与CCD相机图像采集器拍摄帧频同步，实现图像与光照的同步采集。
4.根据权利要求1所述的絮体污泥介观动力学的测试装置，其特征在于:激光器为YAG激光器，功率为175mW，波长532nm。
专利摘要本实用新型公开了一种絮体污泥介观动力学的测试装置，包括通过数据线连接的计算机、同步控制器、由激光器和透镜组组成的光路系统和絮体污泥测试平台；絮体污泥测试平台上设置有混合器和测试器，以及图像采集系统。利用本实用新型可实现对絮体污泥在介观尺度下水动力学和形貌演变机制的研究，提高不同尺度上絮体污泥评价结果的相关性，加深对絮体污泥行为与性状变化的估计和机理认识，优化水处理反应器的运行效果。本实用新型适用于处理各类水处理反应器中的絮体污泥的介观尺度动力学行为和宏观尺度流体力学行为的测试，不受污泥种类的限制。
文档编号G01N21/85GK203011846SQ201320014128
公开日2013年6月19日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者许丹宇, 郑先强, 杨昂, 游洋洋, 余海晨, 段云霞, 李丽春, 马超华 申请人:天津市环境保护科学研究院