论可知，液体在喷嘴处会形成小液柱后离开喷嘴，然后断开形成一个微滴飞向空中。其产生微滴的体积范围为25_500pl，频率范围为l-30kHz。所述位移装置为一个固定喷头的可移动机械支架，用于微调喷头的位置，以使视觉采集观测单元6采集到清晰的图像。
[0022]电压控制单元5包括电控制器和数据传输线，用于生成所需的电压波形。所述电控制器是一个精密的信号发生装置，其工作过程为:计算机将给予PC的串口通讯控制参数传输给电控制器，电控制器根据控制参数生成对应电压波，并分成两路分别通过数据传输线传输给喷头机构4和视觉采集观测单元6。其中，电控制器与上位机通过RS-232串口通讯接口进行数据传输。电控制器可以生成周期取样为12点的任意波形，包括连续波形、单个波形、单极波、双极波，输出电压波形的频率范围为I到30kHZ，大小范围为-140v到+140v。
[0023 ] 视觉采集观测单元6由工业CCD相机、高分辨率工业镜头、光源控制器和频闪灯组成，用于获取微滴图像，以监控喷头工作状态。采集微滴图像最大的问题就是微滴喷出时具有一定的速度，在连续光源照射下，微滴曝光时相机难以捕捉图像。为解决这一问题，本【具体实施方式】利用了微滴喷射具有周期重复的特点，通过控制工业CCD相机、喷头以及频闪灯的驱动电压实现微滴图像采集的功能。微滴的重复性现象是指微滴按喷射周期重复相同的运行过程。
[0024]视觉采集观测单元6的工作原理是:在采集一帧图像的时候，首先工业CCD相机打开快门，CCD阵列开始感光，喷头在驱动电压的作用下开始喷出微滴，相对于喷头驱动电压延迟时间t后，频闪灯开始发光，且发光时间很短，此时喷出的微滴已经运动到一定位置，这样微滴在频闪灯的配合下曝光；由微滴周期重复运动过程可知，在下一个微喷周期内，下一个微滴运动到同一位置时又开始曝光，所以在这一帧的感光时间内，所有喷出的微滴都在同一位置曝光，这保证了图像上的微滴清晰可测。工业CCD相机感光结束后，开始将采集到的图像传输给计算机，传输结束代表一帧图像采集结束，开始进行下一帧图像的采集，如此重复最终形成视频显示在计算机上。在这里，调节t的大小可以改变微滴曝光时的位置，这样就可以得到一组微滴下落过程的图像。这种图像采集模式存在三个关键点:第一，只有喷头和频闪灯的驱动电压频率严格相等，才能保证一帧图像采集过程中所有微滴都在同一位置曝光；第二，只有频闪灯的发光时间足够短，才能保证相机能捕捉到运动着的微滴的图像;第三，相机感光时间是不变的，微滴喷射频率越大，意味着一帧图像的采集过程中微滴曝光次数越多，光强越大，这样图像整体亮度会随着频率变大而变化，在本【具体实施方式】中通过调节闪光灯发光的光强来解决这个问题。
[0025]视觉采集观测单元6具有两种工作模式:第一、准备模式，这一阶段主要进行调整实验参数、喷头位置等准备工作。打开光源控制器，位于镜头一侧的同轴光源的光是照射到喷头后反射到相机镜头，利用反射光采集图像，此时光是连续的。第二、喷墨模式，这一阶段中系统正式工作，喷出微滴。此时关闭同轴光源，驱动电压信号(频率范围为l_30kHZ)分两路从电控制器分别传输到频闪灯和喷头，频闪灯的光直接照射到相机镜头，利用直射光采集图像。在以上两种工作模式互相配合下，不断调节气路压力以及驱动电压，直到喷出稳定连续的微滴。
[0026]本【具体实施方式】中，工业CXD相机采用大恒图像的DH-HVl35IUM-M工业C⑶相机，高分辨率工业镜头采用视清科技的WWL40-11CT工业镜头，光源控制器采用东莞科技的PW-2012d光源控制器。
[0027]为了保障系统运行的稳定性，本实用新型还具有一个机械支架，喷头机构4和视觉采集观测单元6中的工业CCD相机、高分辨率工业镜头、频闪灯固定在所述机械支架上。
[0028]本实用新型还可以增加一个云粒子定标系统监测界面，界面可分为一个信息提示部分和三个操作部分:图像操作部分、图像设置部分和喷头设置部分。信息提示部分用于显示最近更新的时间参数、电压参数、频率等信息。图像操作部分主要是负责相关图像的显示与保存、微滴直径与下落速度的获取。图像设置部分用于校准距离系数(距离与像素的比值，单位为ym/pixel)，以使计算微滴直径和下落速度时更为精确，这部分还用于调节背景亮度、设置阈值(微滴和背景之间的灰度值界限)。喷头设置部分主要用于设置驱动电压的相关参数，包括大小、持续时间、频率和相位差。
[0029]除上述【具体实施方式】外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种云粒子定标系统，其特征在于:包括隔膜真空栗、气压控制单元、储液罐、喷头机构、电压控制单元和视觉采集观测单元;所述隔膜真空栗与所述气压控制单元连接，所述气压控制单元通过气路管道与所述储液罐的液面以上部分相通，所述储液罐的液面以下部分通过输液管道与所述喷头机构连接，所述电压控制单元通过数据传输线分别连接所述喷头机构和所述视觉采集观测单元;所述喷头机构和所述视觉采集观测单元固定在机械支架上。2.根据权利要求1所述的云粒子定标系统，其特征在于:所述气压控制单元包括气压控制器和气路管道，所述气压控制器接收所述隔膜真空栗提供的正压和真空压，输出可控的气压到所述储液罐。3.根据权利要求1所述的云粒子定标系统，其特征在于:所述喷头机构包括喷头和位移目.ο4.根据权利要求3所述的云粒子定标系统，其特征在于:所述喷头为一个外层包围着压电陶瓷的毛细玻璃管。5.根据权利要求3所述的云粒子定标系统，其特征在于:所述位移装置为一个固定喷头的可移动机械支架，用于微调喷头的位置。6.根据权利要求1所述的云粒子定标系统，其特征在于:所述电压控制单元包括电控制器和数据传输线，所述电控制器生成电压波通过数据传输线传输给所述喷头机构和所述视觉采集观测单元。7.根据权利要求1所述的云粒子定标系统，其特征在于:所述视觉采集观测单元包括工业CCD相机、高分辨率工业镜头、光源控制器和频率灯，用于获取微滴图像，以监控所述喷头机构的工作状态。8.根据权利要求7所述的云粒子定标系统，其特征在于:所述工业CCD相机的型号为大恒图像的DH-HV1351UM-M，所述高分辨率工业镜头的型号为视清科技的WWL40-110CT，所述光源控制器的型号为东莞科技的PW-2012。
【专利摘要】本实用新型提供一种云粒子定标系统，包括隔膜真空泵、气压控制单元、储液罐、喷头机构、电压控制单元和视觉采集观测单元；所述隔膜真空泵与所述气压控制单元连接，所述气压控制单元通过气路管道与所述储液罐的液面以上部分相通，所述储液罐的液面以下部分通过输液管道与所述喷头机构连接，所述电压控制单元通过数据传输线分别连接所述喷头机构和所述视觉采集观测单元；所述喷头机构和所述视觉采集观测单元固定在机械支架上。本实用新型既能得到大小均匀、下落有序、尺寸可调的微滴用来模拟云粒子进行定标，又具有对喷出微滴实时采集观测的功能。
【IPC分类】G01N15/02
【公开号】CN205301126
【申请号】
【发明人】陈家田, 焦瑞莉, 雷恒池, 王路杰
【申请人】中国科学院大气物理研究所, 北京信息科技大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月14日