实验水槽污染物浓度场测试装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提出一种实验水槽污染物浓度场测试装置，包括支撑机构、照明机构以及成像机构，照明机构与成像机构装设于支撑机构上，成像机构包括俯位成像设备与侧位成像设备，俯位成像设备位于实验水槽上方，侧位成像设备设有至少一对，分别位于实验水槽两侧；照明机构包括发光体与反光板，发光体位于实验水槽上方，发光体的光照方向指向水体内部，反光板设有至少一对，分别位于实验水槽两侧；该实验水槽污染物浓度场测试装置可根据污染物排放的位置对拍摄区域进行移动调整，置于实验水槽上方的CCD相机，水槽两侧的数字工业相机多方位地对污染物扩散情况进行的同步拍摄，有助于对流体中产生的浮射流、异重流以及泥沙沉降的扩散现象进行分析与研究。
【专利说明】
实验水槽污染物浓度场测试装置
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种实验水槽污染物浓度场测试装置。
【背景技术】
[0002]在研究环境污染问题上，污水排入江河湖海，人们最关心的是污染物浓度在水体中的分布情况，即污染物的浓度场，从而掌握水体的污染程度和污染物扩散变化趋势，进而选择相应的污染治理手段。而实验进行的操作就是为了研究污染物的扩散机理，从而找出其浓度场变化规律。浓度场的测量技术近几十年来有了很大的发展，国外先进的流动显示和测量方法(如粒子成像测浓度场、激光诱导荧光、激光分子测浓度场等)能实现非接触全场浓度测量。随着计算机技术的发展，人们在使流动显示和有效测量的基础上通过数字图像处理技术将视觉图像转化为数字图像，这些数字图像某点的灰度与其亮度是对应的，灰度越小，图像越暗，因此，视觉图像颜色的深浅可通过相应数字图像的灰度大小来反映。对于各点浓度不同的溶液，各点亮度不同，因此用照相机拍摄的图像各点的灰度也不同，通过事先标定的浓度与灰度的对应关系，则可根据拍摄图像各点的灰度推求溶液各点的浓度。特别地，经过实验分析，在实验室水槽通常深度范围里，水深对污染物图像灰度的影响很小，在较小的测量范围内可以忽略不计;而光强对污染物图像灰度影响较大，光强越强，图像灰度越大。
[0003]虽然污染物浓度场测量设备也有了较大的发展和改进，但由于测量区域过小(一般小于10—3Hi2)、价格过高或对使用环境要求较高等因素限制了它们的应用，利于实验的循环多次操作以及设备的更换和维修。如现有的测量精度较高PLIF(Planar Laser InducedFluorescence，平面激光诱导焚光技术)，其基本原理是在激光片光的激发下，掺入流体中的荧光物质产生反映浓度大小的荧光光强，利用摄像机采集荧光灰度图像，根据标定实验数据确定的灰度与浓度关系反演得到浓度场，其具有不干扰流场、定量获取瞬时全场浓度信息、捕捉微小湍流结构、可视化显示流场内部结构的优势。但PLIF技术在实际操作中有一定的局限性，因为激光光源架设比较困难，调整不方便，且使用激光光源会产生一个光强沿程消减的现象，即激光打亮的面，粒子在靠近激光处较亮，测量所得浓度较高，而远离激光处粒子亮度较弱，测量所得浓度就较低。因此，在科学实验中，这就导致了实验测量的局限性和误差的产生，所得数据就不利于我们对同时间内污染物浓度扩散的变化情况进行研究分析，而且试验系统较为庞杂，科研设备成本也较高。
[0004]综上所述，设计一种能使测量区域的流体通体透亮、光强均匀，对流体进行多方位的拍摄，并能够广泛应用于拍摄浮射流、异重流、泥沙沉降等物质扩散现象的图片，且设备成本较低，应用范围广的方法与装置，是目前急需解决的问题，同时装置结构简单、使用方便也是实验室进行装置改造的创新方向。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种实验水槽污染物浓度场测试装置，实现可移动多方位测量污染物浓度场。
[0006]本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是，
[0007]实验水槽污染物浓度场测试装置，包括支撑机构、照明机构以及成像机构，照明机构与成像机构装设于支撑机构上，成像机构包括俯位成像设备与侧位成像设备，俯位成像设备位于实验水槽上方，从实验水槽上方指向水体内部，侧位成像设备设有至少一对，分别位于实验水槽两侧，各侧位成像设备分别从实验水槽两侧指向水体内部；照明机构包括发光体与反光板，发光体位于实验水槽上方，发光体的光照方向指向水体内部，反光板设有至少一对，分别位于实验水槽两侧，各反光板的反光方向分别从实验水槽两侧指向水体内部；
[0008]进一步，支撑机构包括移动测车，移动测车底部设有支脚，支脚底部具有行走轮，行走轮下方设有与之适配的导轨，移动测车两端分别设有吊架，吊架向下方伸出，反光板以及侧位成像设备设置于吊架上；
[0009]具体地，发光体的高度小于俯位成像设备的高度，侧位成像设备的高度为实验水槽水体深度的一半;俯位成像设备通过转向结构安装于支撑机构上;俯位成像设备由CCD(Charge-coupled Device，电荷親合元件)相机充任，侧位成像设备由数字工业相机充任；发光体由LED(Light-Emitting D1de，发光二极管)灯充任，反光板为软反光板，由锡箔纸和白布制成;俯位成像设备及侧位成像设备通过线路与控制设备连通。
[0010]本实用新型的优点在于，该实验水槽污染物浓度场测试装置可根据污染物排放的位置对拍摄区域进行移动调整，置于实验水槽上方的CCD相机，水槽两侧的数字工业相机多方位地对污染物扩散情况进行的同步拍摄，有助于对流体中产生的浮射流、异重流以及泥沙沉降的扩散现象进行分析与研究，光源所采用的LED灯为低功率、稳定、无频闪的光源，在有限的距离内光源在水槽上方扩散均匀，特别是在反光板的作用下，使水槽中被照射的水流通体发亮，亮度均匀，从而得到拍摄效果较好的图片。
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型提出的实验水槽污染物浓度场测试装置的正面结构示意图；
[0012]图2是该测试装置的侧面结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本实用新型。
[0014]如图1、图2所示，本实用新型提出的实验水槽污染物浓度场测试装置包括支撑机构、照明机构以及成像机构，照明机构与成像机构装设于支撑机构上，成像机构包括俯位成像设备I与侧位成像设备2，俯位成像设备位于实验水槽上方，从实验水槽上方指向水体内部，侧位成像设备设有一对，分别位于实验水槽两侧，各侧位成像设备分别从实验水槽两侧指向水体内部;照明机构包括发光体3与反光板4，发光体位于实验水槽上方，发光体的光照方向指向水体内部，反光板设有一对，分别位于实验水槽两侧，各反光板的反光方向分别从实验水槽两侧指向水体内部;支撑机构包括移动测车5，移动测车底部设有支脚6，支脚底部具有行走轮7，行走轮下方设有与之适配的导轨8，移动测车两端分别设有吊架9，吊架向下方伸出，反光板以及侧位成像设备设置于吊架上;发光体的高度小于俯位成像设备的高度，侧位成像设备的高度为实验水槽水体深度的一半;俯位成像设备通过转向结构安装于支撑机构上;在本实施例中，俯位成像设备由CCD相机充任，侧位成像设备由数字工业相机充任；发光体由LED灯充任，反光板为软反光板，由锡箔纸和白布制成;俯位成像设备及侧位成像设备通过线路与控制设备连通。
[0015]该装置的工作过程:试验前，首先将CCD相机和数字工业相机分别固定于移动测车的中心点位置和位于水槽外侧的两个吊架上，使它们在同一轴线上，调整其与水槽边壁的距离，并使之与各自拍摄剖面保持水平;其次，根据试验需要，调整相机与污染物排放口的距离和相机与LED灯的距离。装置调整后，设置环境水体流量为24m3/h，尾门水位为32cm，水槽水流流速比较小;污染物排放口位于水槽的两个边壁中间，水面以下1cm，且垂直于玻璃壁，与LED灯光源的水平距离为120cm;污染物的排放量为16.7mL/s。实验开始后，按污染物的浓度由低到高依次排放，同时利用电脑软件同步设置三个相机拍摄的时间间距和时长，依次采集排放口处的图像，每组采集10张图像，共采集11组图像，利用CCD相机在水槽正上方拍摄污染物扩散的平面图片，当出现浮射流、异重流或泥沙沉降扩散的现象时可利用数字工业相机在水槽两侧边壁外拍摄污染物扩散的图片，再通过图像处理系统得出排放口位置各个图像的灰度，根据污染物的浓度与对应图像的灰度得到两者间的相互关系，然后再进行污染物扩散的实验，并利用污染物的浓度与对应图像的灰度关系再进行机理上的分析与研究。
[0016]以上实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让本领域的技术人员了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.实验水槽污染物浓度场测试装置，包括支撑机构、照明机构以及成像机构，照明机构与成像机构装设于支撑机构上，其特征在于: 成像机构包括俯位成像设备与侧位成像设备，俯位成像设备位于实验水槽上方，从实验水槽上方指向水体内部，侧位成像设备设有至少一对，分别位于实验水槽两侧，各侧位成像设备分别从实验水槽两侧指向水体内部；照明机构包括发光体与反光板，发光体位于实验水槽上方，发光体的光照方向指向水体内部，反光板设有至少一对，分别位于实验水槽两侧，各反光板的反光方向分别从实验水槽两侧指向水体内部。2.根据权利要求1所述的实验水槽污染物浓度场测试装置，其特征在于，支撑机构包括移动测车，移动测车底部设有支脚，支脚底部具有行走轮，行走轮下方设有与之适配的导轨，移动测车两端分别设有吊架，吊架向下方伸出，反光板以及侧位成像设备设置于吊架上。3.根据权利要求1所述的实验水槽污染物浓度场测试装置，其特征在于，发光体的高度小于俯位成像设备的高度，侧位成像设备的高度为实验水槽水体深度的一半。4.根据权利要求1所述的实验水槽污染物浓度场测试装置，其特征在于，俯位成像设备通过转向结构安装于支撑机构上。5.根据权利要求1所述的实验水槽污染物浓度场测试装置，其特征在于，俯位成像设备由CCD相机充任，侧位成像设备由数字工业相机充任。6.根据权利要求1所述的实验水槽污染物浓度场测试装置，其特征在于，发光体由LED灯充任，反光板为软反光板，由锡箔纸和白布制成。7.根据权利要求1所述的实验水槽污染物浓度场测试装置，其特征在于，俯位成像设备及侧位成像设备通过线路与控制设备连通。
【文档编号】G01N21/84GK205691515SQ201620547667
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月7日 公开号201620547667.8, CN 201620547667, CN 205691515 U, CN 205691515U, CN-U-205691515, CN201620547667, CN201620547667.8, CN205691515 U, CN205691515U
【发明人】顾杰, 郑宇华
【申请人】上海海洋大学