一种测量管流中跨粒径尺度颗粒级配及其分布的光学系统的制作方法

本发明涉及一种光学系统，尤其涉及一种测量管流中跨粒径尺度颗粒级配及其分布的光学系统，属于粗颗粒物料管道水力输送技术领域。

背景技术：

因为环保和资源高效利用的需求，含粗颗粒物料的管道水力输送得到广泛应用。许多工程在输送之前需要将大块物料进行破碎，这样就会导致非均匀粗颗粒的产生。而粗颗粒运动状态图像包含了颗粒多种特征信息，是描述粗颗粒运动特征的重要信息来源。固液两相流体中很多疑难问题的突破都取决于颗粒运动状态检测技术的发展，尤其是针对非均匀粗颗粒的检测技术。

目前使用最广泛的颗粒流测量技术是piv(particleimagevelocimetry)技术，又称粒子图像测速法。piv技术是在流动显示和计算机图像处理技术的基础上发展起来的一种二维无扰动流场测试技术，既可进行单点的测量，又可获得整个流场的瞬时图像，已经应用在包括涡流、湍流在内的各种复杂的流动测量中。基于piv技术的测量原理，约翰-塔克等人公开了一种可测量多个设备段和不同粒度范围的颗粒监测器，但此监测器不能同时监测同一个位置不同粒度范围的颗粒运行情况。经过检索查询，还未发现对同一个管道断面使用双相机来监测不同粒度范围颗粒的文献报道。

技术实现要素：

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种测量管流中跨粒径尺度颗粒级配及其分布的光学系统。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种测量管流中跨粒径尺度颗粒级配及其分布的光学系统，包括挡光箱，它还包括激光器、普通光学镜头相机、微距镜头相机；挡光箱中水平贯穿设置有待测透明玻璃管；挡光箱内分别固定设置有普通光学镜头相机、微距镜头相机；普通光学镜头相机、微距镜头相机对称设置于待测透明玻璃管的两侧；

挡光箱的前侧壁上对称设置有两个与水平面呈45°夹角的平面镜；待测透明玻璃管的正上端开设有激光入射孔；激光入射孔的上方固定设置有激光器；待测透明玻璃管的水平两侧均设置有观察视窗，普通光学镜头相机和微距镜头相机的视野中心经平面镜反射后与观察视窗的中心处于同一水平线上。

普通光学镜头相机用于捕获1～10mm粒径范围的颗粒；微距镜头相机用于捕获0.1～1mm粒径范围的颗粒。

当颗粒运行速度过大时，将普通光学镜头相机和微距镜头相机采用piv专用的高速ccd相机进行替换，防止颗粒拖影现象严重，难以分辨颗粒形态。

待测透明玻璃管为壁厚5mm的高强度有机玻璃管；观察视窗所在的待测透明玻璃管的厚度为3mm。

待测透明玻璃管为方形，玻璃管的内径与观察视窗的边长相等。

激光器发出的光为线光柱，光柱厚度为3mm。

本发明采用双相机对管道断面同时进行拍摄，解决了单一镜头拍摄粒径范围有限的问题；对流场本身无扰动作用，测量结果精准；结构简单，调节方便，可操作性较强；体积较小、节省安装空间；可广泛应用于管道断面图像的获取，从而便于测量管流中跨粒径尺度颗粒级配及其分布。

附图说明

图1为本发明的主视面结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的右视图。

图中：1、普通光学镜头相机；2、微距镜头相机；3、激光器；4、待测透明玻璃管；5、观察视窗；6、平面镜；7、挡光箱；8、激光入射孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～3所示，本发明包括挡光箱7，它还包括激光器3、普通光学镜头相机1、微距镜头相机2；挡光箱7中水平贯穿设置有待测透明玻璃管4，粗颗粒物料通过待测透明玻璃管4进行输送；挡光箱7内分别固定设置有普通光学镜头相机1、微距镜头相机2；普通光学镜头相机1、微距镜头相机2对称设置于待测透明玻璃管4的两侧；

挡光箱7的前侧壁上对称设置有两个与水平面呈45°夹角的平面镜6，该平面镜6与其它侧壁之间的夹角均为135°；普通光学镜头相机1、微距镜头相机2通过平面镜6对准待测透明玻璃管4水平两侧的观察视窗5；普通光学镜头相机1和微距镜头相机2的视野中心经平面镜6反射后与观察视窗5的中心处于同一水平线上。待测透明玻璃管4的正上端开设有激光入射孔8；激光入射孔8的上方固定设置有激光器3，激光器3通过激光入射孔8对准两个观察视窗5之间的管道；

普通光学镜头相机1可捕获1～10mm粒径范围的颗粒；微距镜头相机2可捕获0.1～1mm粒径范围的颗粒。当颗粒运行速度过大时，可将普通光学镜头相机1和微距镜头相机2采用piv专用的高速ccd相机进行替换，防止颗粒拖影现象严重，难以分辨颗粒形态。

待测透明玻璃管4为壁厚5mm的高强度有机玻璃管；为了便于观察，观察视窗5所在的待测透明玻璃管4的厚度为3mm。

待测透明玻璃管4为方形，玻璃管的内径与观察视窗5的边长相等。

激光器3发出的光为线光柱，光柱厚度为3mm。

本发明的具体使用方法为：将普通光学镜头相机1和微距镜头相机2安装在待测透明玻璃管4的两侧，将激光器3安装在两个观察视窗5的正上方，启动激光器3使线光柱正好通过激光入射孔8进入管道内。盖上挡光箱7，可做微小的位置调整使普通光学镜头相机1和微距镜头相机2的视野中心及观察视窗5的中心经平面镜6反射后在同一水平线上。通过控制外部试验系统，使颗粒在管道中运行稳定后，即可控制普通光学镜头相机和微距镜头相机开始拍摄工作。

本发明借助piv测量技术的原理，采用双相机对管道断面同时进行拍摄，可有效实现跨颗粒粒径尺度拍摄，从而便于测量管流中跨粒径尺度颗粒级配及其分布；本发明与现有技术相比，具有以下优势：

1、拍摄视场较大，解决了单一镜头拍摄粒径范围有限的问题，实现了对管流中跨粒径尺度颗粒的测量；

2、对流场本身无扰动作用；

3、结构简单，调节方便，可操作性较强。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种测量管流中跨粒径尺度颗粒级配及其分布的光学系统，包括挡光箱、激光器、普通光学镜头相机、微距镜头相机；挡光箱中水平贯穿设置有待测透明玻璃管；普通光学镜头相机、微距镜头相机对称设置于待测透明玻璃管的两侧；挡光箱的前侧壁上对称设置有与水平面呈45°夹角的平面镜；待测透明玻璃管的正上端开设有激光入射孔；激光入射孔的上方固定设置有激光器；待测透明玻璃管的水平两侧均设置有观察视窗，普通光学镜头相机和微距镜头相机的视野中心经平面镜反射后与观察视窗的中心处于同一水平线上。本发明解决了单一镜头拍摄粒径范围有限的问题；测量结果精准、可操作性较强，可广泛应用于管道断面图像的获取。

技术研发人员：廖帅;夏建新;曹斌;任华堂
受保护的技术使用者：中央民族大学
技术研发日：2017.06.14
技术公布日：2017.08.25