具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统与流程

本发明属于电学领域，具体涉及具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统。

背景技术：

使用固态电极的液体电解过程中，电极表面附近的气泡的上升、合并，容易影响到电极表面与液体的接触，影响液体中离子的运动，导致电极表面与液体的接触面积减小导致电解效率瓶颈的产生，科研人员研究此过程有利于突破电解效率瓶颈。

使用固态电极的液体电解过程中，电极表面附近的气泡的合并和爆裂，容易在局部高温和强大的冲击力，导致固态电极遭受腐蚀，影响电极的寿命，科研人员研究此过程有利于研发相对现有电解电极更长寿的电解电极。

科研人员在分析固态电极电解液体是电极的表面（即固液界面）的状态时存在诸多不便；如果存在一种能够实现对电极过程进行全自动分析的系统，则能够提高科研人员对电解电极的研发效率。

技术实现要素：

为解决技术背景中叙述的问题，本发明提出了具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统，本发明系统能够实现电极过程的全自动分析，提高科研效率。

本发明具有如下技术内容。

1、具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统，其特征在于：包括电解装置、控制系统、摄像装置；

电解装置包括：平衡容器（10）、第一容器（11）、第二容器（12）、第一排空管（110）、第二排空管（120）、第一排空阀（F1）、第二排空阀（F2）、第一电极（DJ1）、第二电极（DJ2）；

电解装置中: 平衡容器（10）为柱状，平衡容器（10）的上端开口；

电解装置中: 第一容器（11）为柱状，第一容器（11）的上端与第一排空管（110）相通；

电解装置中: 第二容器（12）为柱状，第二容器（12）的上端与第二排空管（120）相通；

电解装置中: 平衡容器（10）、第一容器（11）、第二容器（12）底部相通； 电解装置中: 第一排空阀（F1）位于第一排空管（110）的管路上，第一排空阀（F1）能够控制第一排空管（110）的通断情况；

电解装置中: 第二排空阀（F2）位于第二排空管（120）的管路上，第二排空阀（F2）能够控制第二排空管（120）的通断情况；

电解装置中: 第一电极（DJ1）位于第一容器（11）内；第二电极（DJ2）位于第二容器（12）内。

电解装置还包括进液阀（F4）、进液阀（F4）；进液阀（F4）位于进液管（14）的管路上，进液管（14）内的液体能够流入到平衡容器（10）中。

电解装置还包括排液阀（F3）；排液阀（F3）安装在一端与平衡容器（10）相通一端与外部相通的管道上，排液阀（F3）用于排泄液体，排液阀（F3）的液平高度低于第一容器（11）的容腔的最上端。

控制系统包括控制模块、程控电源，控制模块与程控电源相直接具有电学连接，控制模块能够控制程控电源；摄像装置与控制系统之间具有电学连接，摄像装置能够向控制模块传输影像数据，摄像装置的镜头拍摄为第一容器（11）、第二容器（12）的径向方向，摄像装置能够拍摄第一容器（11）内的影像。

控制系统的控制模块与第一排空阀（F1）之间具有电学连接，控制系统的控制模块能够控制第一排空阀（F1）；控制系统的控制模块与第二排空阀（F2）之间具有电学连接，控制系统的控制模块能够控制第二排空阀（F2）。

控制系统的控制模块还与排液阀（F3）之间具有电学连接，控制系统的控制模块能够控制排液阀（F3）；控制系统的控制模块与进液阀（F4）之间具有电学连接，控制系统的控制模块能够控制进液阀（F4）。

控制系统使用了自动控制方法；自动控制方法，特征在于：包括以下步骤，

步骤1、闭塞排水阀（F3）

步骤2、开通第一排空阀（F1）和第二排空阀（F2）；

步骤3、开通进液阀（F4）使待电解液体流入平衡容器（10）;

步骤4、判断第一排空阀（F1）或第二排空阀（F2）是否溢出液体，如果溢出则进入步骤5，如果没溢出则循环重新进入本步骤；

步骤5、闭塞第一排空阀（F1）和第二排空阀（F2）；

步骤6、从储存电流数据的信息库中抽取电流信息，电流信息包含但不限于电流强度、波形、周期、最长通电时长；

步骤7、启动图像识别功能；

步骤8、根据步骤6调去的电流数据控制程控电源输出电流；

步骤9、判断是否到达最大通电时长，如果达到最大通电时长则进入步骤11，如果没有达到最大通电时长则进入步骤10；

步骤10、通过图像识别功能读取气柱高度，并判断气柱高度是否超过警戒值，如果气柱高度超过警戒值则进入步骤11，如果气柱高度没有超过警戒值则进入步骤9；

步骤11、使程控电源停止电流输出；

步骤12、通过图像识别功能判断气柱高度，并保存气柱高度值。

步骤13、结束。

控制系统的控制模块中具有电解分析方法，电解分析方法基于控制模块从摄像装置获得的图像而进行分析，摄像装置利用激光或X光成像，图像中有气泡的区域液体对激光或X光的吸收越少，对应图像区域曝光强烈，以远离电极的一侧为X轴，以电极最下方为Y轴，以X轴和Y轴的交点为原点；处理步骤如下：

步1、对图像进行灰度处理，曝光越强的区域灰度数值越高，最小值大于零,最大值为Z；

步2、对图像各个点的灰度进行运算S=S%Z；

步3、累加各个点的颜色灰度值与Y坐标值的乘积得到分析值，分析值越大气泡对电极表面与液体的接触的影响越小。

2、如技术内容1所述的具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统，其特征在于：平衡容器（10）使用玻璃制成。

3、如技术内容1所述的具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统，其特征在于：电解装置的第一容器（11）使用玻璃制成。

4、如技术内容1所述的具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统，其特征在于：

电解装置的第二容器（12）使用玻璃制成。

5、如技术内容1所述的具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统，其特征在于：

电解装置的第一排空阀（F1）为电磁阀。

6、如技术内容1所述的具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统，其特征在于：电解装置的标尺（2）的刻度为金属制成。

7、如技术内容1所述的具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统，其特征在于：电解装置的排液阀（F3）为电磁阀。

8、如技术内容1所述的具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统，其特征在于：控制系统包括一台搭载有windows系统的计算机。

9、如技术内容1所述的具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统，其特征在于：控制系统包括一个单片机。

10、图形处理方法，其特征在于：如技术内容1所述的具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统的控制系统的控制模块中具有电解分析方法，电解分析方法基于控制模块从摄像装置获得的图像而进行分析，摄像装置利用激光或X光成像，图像中有气泡的区域液体对激光或X光的吸收越少，对应图像区域曝光强烈，以远离电极的一侧为X轴，以电极最下方为Y轴，以X轴和Y轴的交点为原点；处理步骤如下：

步1、对形成图像进行灰度处理，曝光越强的区域灰度数值越高；

步2、累加各个点的颜色灰度值与点到电极表面距离的乘积得到分析值，分析值越小气泡对电极表面与液体的接触的影响越小。

技术内容说明及其有益效果。

本发明成本低廉、应用灵活、使用寿命长、不易损坏、稳定可靠、分析快速可靠。

附图说明

图1、2、3为实施实例1的电解装置的示意图；图1的为顶部视图，图2为放射光线或射线的设备3的侧视图设备3发射的光线或射线穿过平衡容器（10）、第一容器（11）、第二容器（12）中至少一个容器用于摄像头4的成像；图3为实施实例1的侧向视图其中画出了控制系统，这是是为了直观的体现连接关系。

图4为实施实例1的操作流程的示意图。

图5、6为实施实例1的辅助‘电极分析算法’解说的抽象表述示意图。

图7为实施实例1的制氢发电模块的示意图。

图8为实施实例4的电解装置的示意图。

具体实施实例

下面将结合实施实例对本发明进行说明。

实施实例1、如图1-7所示具有特定图形处理方法的固液界面电极过程分析系统，其特征在于：包括电解装置、控制系统、制氢发电模块、摄像装置；

电解装置包括：平衡容器（10）、第一容器（11）、第二容器（12）、第一排空管（110）、第二排空管（120）、第一排空阀（F1）、第二排空阀（F2）、第一电极（DJ1）、第二电极（DJ2）；

电解装置中: 平衡容器（10）为柱状，平衡容器（10）的上端开口；

电解装置中: 第一容器（11）为柱状，第一容器（11）的上端与第一排空管（110）相通；

电解装置中: 第二容器（12）为柱状，第二容器（12）的上端与第二排空管（120）相通；

电解装置中: 平衡容器（10）、第一容器（11）、第二容器（12）底部相通； 电解装置中: 第一排空阀（F1）位于第一排空管（110）的管路上，第一排空阀（F1）能够控制第一排空管（110）的通断情况；

电解装置中: 第二排空阀（F2）位于第二排空管（120）的管路上，第二排空阀（F2）能够控制第二排空管（120）的通断情况；

电解装置中: 第一电极（DJ1）位于第一容器（11）内；第二电极（DJ2）位于第二容器（12）内。

电解装置还包括进液阀（F4）、进液阀（F4）；进液阀（F4）位于进液管（14）的管路上，进液管（14）内的液体能够流入到平衡容器（10）中。

电解装置还包括排液阀（F3）；排液阀（F3）安装在一端与平衡容器（10）相通一端与外部相通的管道上，排液阀（F3）用于排泄液体，排液阀（F3）的液平高度低于第一容器（11）的容腔的最上端。

电解装置还包括标尺（2）；标尺（2）的尺度延展方向与第二容器（12）的轴向方向相同。

控制系统包括控制模块、程控电源，控制模块与程控电源相直接具有电学连接，控制模块能够控制程控电源；摄像装置与控制系统之间具有电学连接，摄像装置能够向控制模块传输影像数据，摄像装置的镜头拍摄为第一容器（11）、第二容器（12）的径向方向，摄像装置能够拍摄第一容器（11）内的影像。

控制系统的控制模块与第一排空阀（F1）之间具有电学连接，控制系统的控制模块能够控制第一排空阀（F1）；控制系统的控制模块与第二排空阀（F2）之间具有电学连接，控制系统的控制模块能够控制第二排空阀（F2）。

控制系统的控制模块还与排液阀（F3）之间具有电学连接，控制系统的控制模块能够控制排液阀（F3）；控制系统的控制模块与进液阀（F4）之间具有电学连接，控制系统的控制模块能够控制进液阀（F4）。

控制系统使用了自动控制方法；自动控制方法，特征在于：包括以下步骤，

步骤1、闭塞排水阀（F3）

步骤2、开通第一排空阀（F1）和第二排空阀（F2）；

步骤3、开通进液阀（F4）使待电解液体流入平衡容器（10）;

步骤4、判断第一排空阀（F1）或第二排空阀（F2）是否溢出液体，如果溢出则进入步骤5，如果没溢出则循环重新进入本步骤；

步骤5、闭塞第一排空阀（F1）和第二排空阀（F2）；

步骤6、从储存电流数据的信息库中抽取电流信息，电流信息包含但不限于电流强度、波形、周期、最长通电时长；

步骤7、启动图像识别功能；

步骤8、根据步骤6调去的电流数据控制程控电源输出电流；

步骤9、判断是否到达最大通电时长，如果达到最大通电时长则进入步骤11，如果没有达到最大通电时长则进入步骤10；

步骤10、通过图像识别功能读取气柱高度，并判断气柱高度是否超过警戒值，如果气柱高度超过警戒值则进入步骤11，如果气柱高度没有超过警戒值则进入步骤9；

步骤11、使程控电源停止电流输出；

步骤12、通过图像识别功能判断气柱高度，并保存气柱高度值。

步骤13、结束。

控制系统的控制模块中具有电解分析方法，电解分析方法基于控制模块从摄像装置获得的图像而进行分析，摄像装置利用激光或X光成像，图像中有气泡的区域液体对激光或X光的吸收越少，对应图像区域曝光强烈，以远离电极的一侧为X轴，以电极最下方为Y轴，以X轴和Y轴的交点为原点；处理步骤如下：

步1、对形成图像进行灰度处理，曝光越强的区域灰度数值越高；

步2、累加各个点的颜色灰度值与点到电极表面距离的乘积得到分析值，分析值越小气泡对电极表面与液体的接触的影响越小。

制氢发电模块，其特征在于：包括防混合装置（LXQ）、第一容器（L1）、第二容器（L2）、充水口、充水阀（F3）、第一电极（DJ1）、第二电极（DJ2）、第一管道（GD1）、第二管道（GD2）、第一气泵（B1）、第二气泵（B2）、第一单向阀（DF1）、第二单向阀（DF2）、第一气罐（Q1）、第二气罐（Q2）、第一入口气阀（F1）、第二入口气阀（F2）、第一稳压阀（W1）、第二稳压阀（W2）、氢燃料电池（BAT1）、第三管道（GD3）、第四管道（GD4）、循环阀（F4）、除气容器（YLG）；

制氢发电模块的防混合装置包括壳体(LXQ)、螺旋管腔（LXG）、第一管腔（ZG1）、第二管腔（ZG2）；螺旋管腔（LXG）为螺旋状，螺旋管腔（LXG）具有第一端和第二端；第一管腔（ZG1）的轴线方向与螺旋管腔（LXG）的螺旋轴线方向相同，第一管腔（ZG1）位于螺旋管腔（LXG）的螺旋线以内，第一管腔（ZG1）的长度大于螺旋管腔（LXG）的两个端点所在的与螺旋管腔（LXG）轴线垂直的面的距离；第一管腔（ZG1）具有连接端和开口端（JK1）；第一管腔（ZG1）的连接端与螺旋管腔（LXG）的第一端相通；第一管腔（ZG1）穿在整个螺旋管腔（LXG）段，且第一管腔（ZG1）的开口端（JK1）超出螺旋管腔（LXG）的第二端；第二管腔（ZG1）的轴线方向与螺旋管腔（LXG）的螺旋轴线方向相同，第二管腔（ZG1）位于螺旋管腔（LXG）的螺旋线以内，第二管腔（ZG1）的长度大于螺旋管腔（LXG）的两个端点所在的与螺旋管腔（LXG）轴线垂直的面的距离；第二管腔（ZG1）具有连接端和开口端（JK1）；第二管腔（ZG1）的连接端与螺旋管腔（LXG）的第二端相通；第二管腔（ZG1）穿在整个螺旋管腔（LXG）段，且第二管腔（ZG1）的开口端（JK1）超出螺旋管腔（LXG）的第一端。

制氢发电模块中：第一容器（L1）的底部与防混合装置（LXQ）的一端相通，第二容器（L2）的的底部与防混合装置（LXQ）的另一端相通；也就是说第一容器（L1）的的底部、第二容器（L2）的的底部通过防混合装置（LXQ）相通；

制氢发电模块中：第一电极（DJ1）装置在第一容器（L1）的容腔内，第一电极（DJ1）的最下端的水平位置高于第一容器（L1）与防混合装置（LXQ）相通接口的水平位置；

制氢发电模块中：第二电极（DJ2）装置在第二容器（L2）的容腔内，第二电极（DJ2）的最下端的水平位置高于第二容器（L2）与防混合装置（LXQ）相通接口的水平位置；当第一容器（L1）、第二容器（L2）电解时气压差太大时会由于液体脱离电极而终止电解反应；

制氢发电模块中：第一容器（L1）的顶部通过第一管道（GD1）经由第一气泵（B1）、第一单向阀（DF1）与第一气罐（Q1）相通，第一气泵（B1）将第一容器（L1）内的气体驱动到第一气罐（Q1）内，第一单向阀（DF1）允许第一容器（L1）内的气体流动到第一气罐（Q1），第一单向阀（DF1）不允许第一气罐（Q1）流动到第一容器（L1）内；

制氢发电模块中：第二容器（L2）的顶部通过第二管道（GD2）经由第二气泵（B2）、第二单向阀（DF2）与第二气罐（Q2）相通，第二气泵（B2）将第二容器（L2）内的气体驱动到第二气罐（Q2）内，第二单向阀（DF2）允许第二容器（L2）内的气体流动到第二气罐（Q2），第二单向阀（DF2）不允许第二气罐（Q2）流动到第二容器（L2）内；

制氢发电模块中：第一气罐（Q1）与氢燃料电池（BAT1）的一个进气通道相连, 第一气罐（Q1）与氢燃料电池（BAT1）的联通路径上具有第一稳压阀（W1），第一稳压阀（W1）允许流体从第一气罐（Q1）流向氢燃料电池（BAT1），第一稳压阀（W1）不允许流体从氢燃料电池（BAT1）流向第一气罐（Q1），第一稳压阀（W1）能够控制第一气罐（Q1）所连接的氢燃料电池（BAT1）的一个进气通道的气压；

制氢发电模块中：第二气罐（Q2）与氢燃料电池（BAT1）的一个进气通道相连, 第二气罐（Q2）与氢燃料电池（BAT1）的联通路径上具有第二稳压阀（W2），第二稳压阀（W2）允许流体从第二气罐（Q2）流向氢燃料电池（BAT1），第二稳压阀（W2）不允许流体从氢燃料电池（BAT1）流向第二气罐（Q2），第二稳压阀（W2）能够控制第二气罐（Q2）所连接的氢燃料电池（BAT1）的一个进气通道的气压；

制氢发电模块中：第三管道（GD3）的上端与氢燃料电池（BAT1）的排水口相通，第三管道（GD3）的下端与除气容器（YLG）的容腔相通；第四管道（GD4）的上端与除气容器（YLG）的容腔相通，第四管道（GD4）的下端经由循环阀（F4）与第一容器（L1）相通，使得氢燃料电池（BAT1）的产物水可以重新流入第一容器（L1）、第二容器（L2）构成的电解容腔中，循环使用；第三管道（GD3）的下端开口的水平位置低于第四管道（GD4）的上端开口的水平位置，可以防止气体进入第一容器（L1）、第二容器（L2）构成的电解容腔中；

制氢发电模块中：还具有超声波发生器（C1），超声波发生器（C1）位于除气容器（YLG）内部；还具有排气口，除气容器（YLG）通过第五管道（GD5）与排气孔相通，第五管道（GD5）的流体路径中还具有第五泵（B5）、排气阀（F5）；通过控制除气容器（YLG）除气操作时在超声波发生器（C1）的同时开放排气阀（F5）并打开第五泵（B5）降低除气容器（YLG）的气压，使使得氢燃料电池（BAT1）的产物水中溶解的气体脱出，超声波发生器（C1）脱气的同时降低除气容器（YLG）的气压的设计使得脱气硬件成本很低且效果很好；

制氢发电模块中：氢燃料电池（BAT1）具有电源输出点（VCC1）、电源地点（GND1）；

制氢发电模块与控制系统的控制模块相连作为电能存储装置，制氢发电模块与程控电源相连装置，可以对付突然断电的情况。

实施实例2、基于实施实例1的修改控制系统的控制模块中具有电解分析方法；电解分析方法基于控制模块从摄像装置获得的图像而进行分析，摄像装置利用激光或X光成像，图像中有气泡的区域液体对激光或X光的吸收越少，对应图像区域曝光强烈，以远离电极的一侧为X轴，以电极最下方为Y轴，以X轴和Y轴的交点为原点；处理步骤如下：

步1、对图像进行灰度处理，曝光越强的区域灰度数值越高，最小值大于零,最大值为Z；

步2、对图像各个点的灰度进行运算S=S%Z；

步3、累加各个点的颜色灰度值与Y坐标值的乘积得到分析值，分析值越大气泡对电极表面与液体的接触的影响越小。

实施实例3、基于实施实例1的修改控制系统的控制模块中具有电解分析方法；电解分析方法基于控制模块从摄像装置获得的图像而进行分析，摄像装置利用激光或X光成像，图像中有气泡的区域液体对激光或X光的吸收越少，对应图像区域曝光强烈，以靠近电极的一侧为X轴，以电极最下方为Y轴，以X轴和Y轴的交点为原点；处理步骤如下：

步1、对形成图像进行灰度处理，曝光越强的区域灰度数值越高，最小值大于零,最大值为Z；

步2、对图像各个点的灰度S进行运算S=S%Z；

步3、累加各个点的颜色灰度值与点到电极表面距离的乘积得到分析值，分析值越大气泡对电极表面与液体的接触的影响越小。

实施实例4、实施实例1的基础上为电解装置增加防混合装置，防混合装置包括壳体(LXQ)、螺旋管腔（LXG）、第一管腔（ZG1）、第二管腔（ZG2），螺旋管腔（LXG）为螺旋状，螺旋管腔（LXG）具有第一端和第二端，第一管腔（ZG1）的轴线方向与螺旋管腔（LXG）的螺旋轴线方向相同，第一管腔（ZG1）位于螺旋管腔（LXG）的螺旋线以内，第一管腔（ZG1）的长度大于螺旋管腔（LXG）的两个端点所在的与螺旋管腔（LXG）轴线垂直的面的距离，第一管腔（ZG1）具有连接端和开口端（JK1），第一管腔（ZG1）的连接端与螺旋管腔（LXG）的第一端相通，第一管腔（ZG1）穿在整个螺旋管腔（LXG）段，且第一管腔（ZG1）的开口端（JK1）超出螺旋管腔（LXG）的第二端， 第二管腔（ZG1）的轴线方向与螺旋管腔（LXG）的螺旋轴线方向相同，第二管腔（ZG1）位于螺旋管腔（LXG）的螺旋线以内，第二管腔（ZG1）的长度大于螺旋管腔（LXG）的两个端点所在的与螺旋管腔（LXG）轴线垂直的面的距离，第二管腔（ZG1）具有连接端和开口端（JK1），第二管腔（ZG1）的连接端与螺旋管腔（LXG）的第二端相通，第二管腔（ZG1）穿在整个螺旋管腔（LXG）段，且第二管腔（ZG1）的开口端（JK1）超出螺旋管腔（LXG）的第一端 ；电解装置的防混合装置的 第一端与电解装置的第一容器相通；电解装置的防混合装置的 第二端与电解装置的第二容器相通。

实施实例5、实施实例1的基础上在氢燃料电池（BAT1）具有电源输出点（VCC1）、电源地点（GND1）之间连接一个滤波电容，滤波电容一端电源输出点（VCC1）另一端与电源地点（GND1）相连。

实施实例6、实施实例1的基础上控制系统的控制模块还包括CUDA处理硬件。

本说明不详处为现有技术或者公知常识，故不赘述。