本发明涉及液膜厚度测量技术领域，具体涉及一种结合激光吸收光谱技术与图像法测量非透射固体表面上纯水液膜厚度的测量系统及测量方法。
背景技术：
在各种工业过程中，液滴撞击到固体表面形成液膜的现象广泛存在，如选择性催化还原(scr)系统中汽车尾气排放管上液膜的形成等。对液膜厚度进行高精度的定量分析不仅能更好的揭示液膜形成、流动和蒸发这一极其复杂过程的物理本质，也对优化所涉及的各种工业过程具有非常重要的意义。在以往的方法中，主要基于激光吸收光谱技术对非透射固体表面上液膜厚度进行测量，而该方法只能针对液膜上某一点进行测量，无法提供液膜厚度的二维分布信息。
技术实现要素：
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种纯水液膜厚度测量系统及测量方法，用于测量非透射固体表面的纯水液膜的厚度。
本发明提供了一种纯水液膜厚度测量系统，具有这样的特征，包括：激光器，产生激光光束；透镜，将激光光束由线状光束转换为片状光束并入射纯水液膜；相机，接收穿过纯水液膜的反射光束，获得对应的二维图像；以及计算机，与相机进行电连接，对二维图像进行灰度处理，并进行相关分析得出纯水液膜的厚度。
在本发明提供的纯水液膜厚度测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，激光器为半导体激光器。
在本发明提供的纯水液膜厚度测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，透镜采用10*10mm的柱面透镜。
在本发明提供的纯水液膜厚度测量系统中，还可以具有这样的特征：其中，相机为电荷耦合(ccd)相机。
本发明还提供一种利用上述的纯水液膜厚度测量系统进行的纯水液膜厚度测量方法，具有这样的特征，包括：步骤一，调节激光器、透镜、相机以及非透射固体的位置，激光器发射激光光束，相机接收经过非透射固体的上表面的反射光束，获得初始二维图像并传输至计算机，计算机对初始二维图像进行灰度处理，所得的图像初始灰度值为g0[0,255]；步骤二，纯水在非透射固体的上表面形成液膜，相机接收穿过液膜的反射光束，获得当前二维图像并传输至计算机，计算机对当前二维图像进行灰度处理，得到激光被介质吸收后的当前图像灰度值为gt[0,255]；步骤三，根据比尔朗伯定律建立反演模型，得到激光被介质(纯水液膜300)吸收后的当前图像灰度值为gt[0,255]；以下为反演模型:
其中：i0：激光的入射光强；it：激光被介质吸收后的透射光强；g0：图像初始灰度值；gt：激光被介质吸收后的当前图像灰度值；τ：吸收介质对激光的透射率；k：吸收介质的光谱吸收系数，cm-1；l：液膜的厚度，cm。
发明的作用与效果
本发明所涉及的纯水液膜厚度测量系统及测量方法，是建立基于比尔-朗伯定律的液膜厚度反演模型，通过由半导体激光器发出激光光束照射在非透射固体表面，其反射光由ccd相机采集相应的二维图像，然后在计算机中对图像进行灰度处理，从而分析出非透射固体表面的反射光线光强，建立入射光强、非透射固体表面的反射光强与液膜厚度的关系模型，从而实现非透射固体表面上高精度的二维液膜厚度的高精度测量。
附图说明
图1是本发明的实施例中纯水液膜厚度测量系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明纯水液膜厚度测量系统及测量方法作具体阐述。
图1是本发明的实施例中纯水液膜厚度测量系统的结构示意图。
如图1所示，本实施例中的纯水液膜厚度测量系统100用于测量非透射固体表面200的纯水液膜300的厚度。纯水液膜厚度测量系统100包括：激光器10、透镜20、相机30以及计算机40。
激光器10产生激光光束。在本实施例中激光器10为半导体激光器，发出的激光光束稳定性好，并且激光在水中的吸收率要求达到最大。
透镜20将激光光束由线状光束转换为片状光束并入射纯水液膜。在本实施例中透镜20采用10*10mm的柱面透镜。
相机30接收穿过纯水液膜300的反射光束，获得对应的二维图像。在本实施例中相机30为电荷耦合(ccd)相机，相机与非透射固体200的角度、高度紧密关联，采用最佳角度与合适高度使二维图像处理出最准确的反射光强信息。
计算机40与相机30进行电连接，对二维图像进行灰度处理，并进行相关分析得出纯水液膜300的厚度。
本实施例中还提供了一种纯水液膜厚度测量方法，包括以下步骤：
步骤一，调节激光器10、透镜20、相机30以及非透射固体200的位置，激光器10发射激光光束，相机30接收经过非透射固体200的上表面的反射光束，获得初始二维图像并传输至计算机40，计算机40对初始二维图像进行灰度处理，所得的图像初始灰度值为g0[0,255]；
步骤二，纯水在非透射固体200的上表面形成纯水液膜300，相机30接收穿过纯水液膜300的反射光束，获得当前二维图像并传输至计算机40，计算机40对当前二维图像进行灰度处理，所得的图像当前灰度值为gt[0,255]；
步骤三，因为反射光强度与离散化得到的图像灰度值之间线性相关度很高，根据比尔朗伯定律建立反演模型，得到纯水液膜300的厚度l，
以下为反演模型:
其中：i0：激光的入射光强；it：激光被介质吸收后的透射光强；g0：图像初始灰度值；gt：激光被介质吸收后的当前图像灰度值；τ：吸收介质对激光的透射率；k：吸收介质的光谱吸收系数(吸收率)，cm-1；l：液膜的厚度，cm。
实施例的作用与效果
本实施例所涉及的纯水液膜厚度测量系统及测量方法，是建立基于比尔-朗伯定律的液膜厚度反演模型，通过由半导体激光器发出激光光束照射在非透射固体表面，其反射光由ccd相机采集相应的二维图像，然后在计算机中对图像进行灰度处理，从而分析出非透射固体表面的反射光线光强，建立入射光强、非透射固体表面的反射光强与液膜厚度的关系模型，从而实现非透射固体表面上高精度的二维液膜厚度的高精度测量。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。