多功能烟、雾箱装置及其工作方法与流程

技术领域：

本发明涉及多功能雾箱系统，特别是一种多功能烟、雾箱装置及其工作方法。

背景技术：
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烟/箱系统在某些实验中的应用越来越广泛，它可以在穿透散射介质成像实验中很好的模拟实际大气场景下的雾/烟雾状态，而且烟/箱系统中的实验条件可以按照不同的需求进行相应的控制，可以更加深入的了解雾、烟雾对成像分辨率的影响。

此外，烟、雾浓度以及流动状态为烟、雾的重要指标，烟、箱系统可以为烟、雾浓度、粒径和流速等参数的测量提供良好的检测空间。

cn103558187a公开了一种雾浓度测量装置，其主要结构包括雾浓度测量仪和雾浓度标定装置，该技术采用光学测量的方法对箱体内的雾浓度进行测量，当箱体内不断充入雾时，雾在箱体壁面上会发生凝结现象，产生大量雾珠液滴，为了防止雾珠带来的光学测量影响，该装置采用气流吹扫的方法来去除透镜上的雾珠，但该方法会对箱体内的雾流动状态带来影响，而且该装置无法实时调节箱体内雾的流动状态。该装置只能应用在雾浓度测量场景中，当进行雾浓度测量时，因现存方法没有观察窗去水珠装置，为保证测量精度，需将光学测量装置放于雾箱系统内，因此容易导致光学测量元件的损坏。

cn107084921a公开了一种体积可调烟雾箱，该装置主要包括滑动支架、支撑杆和特氟龙气袋等，该装置使用电机驱动来改变箱体体积大小，增加了机械结构的复杂性，且箱体为特氟龙气袋，在缩小体积的过程中易产生褶皱。

技术实现要素：
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本发明的目的即在于提供一种多功能烟、雾箱装置及其工作方法，该多功能烟、雾箱装置可去除凝结在观察窗壁面的雾珠，使检测更加准确。

本发明多功能烟、雾箱装置，其特征在于：包括密闭的箱体和设在箱体上用于透射光线的平晶，所述箱体上还连接有用于产生烟、雾的烟雾发生器，所述平晶的侧部设有用于为平晶加热的加热片，所述加热片与数显温控仪连接。

进一步的，上述箱体的两端设有平行对齐布置的观察窗，所述观察窗上设有所述平晶。

进一步的，上述观察窗即包含光学玻璃制作的平晶，所述箱体各面采用有机玻璃制作，并用铝合金框架组合成长方体形状。

进一步的，上述加热片通过缠绕的方式贴合在平晶的外周侧，在加热片外围设有金属箍，加热片与金属箍之间用石棉进行隔热，所述加热片通过导线与数显温控仪电连接，所述石棉、加热片和平晶整体固定在金属箍的内侧槽；箱体两端的加热片使用同一数显温控仪控制和显示温度。

进一步的，上述箱体相对的内侧设有两对以上固定槽，在固定槽内插置固定移动隔板，箱体左端观察窗设在移动隔板上。

进一步的，上述移动隔板四周与箱体上的固定槽之间采用橡胶垫密封。

进一步的，上述箱体的一侧共设置三个筛孔板，每个筛孔板都与对应的pvc管道连接，每个pvc管道端口处都连接有调速风扇，pvc管道的另一端连接烟雾发生器。

进一步的，上述箱体两侧的pvc管道均设有阀门。

本发明主要包括四个部分，分别是：

ⅰ、一种观察窗去雾珠装置，该装置包括安装在箱体两端面金属箍上的平晶，缠绕在所述平晶外侧的加热片，加热片和金属箍之间采用石棉进行隔热，数显温控仪装置；其中：

平晶由光学玻璃制作，加热片为硅橡胶加热片，数显温控仪可以直接调节施加到平晶上的温度，且数显温控仪的led显示屏可以实时显示所加热物体的反馈温度。

该发明中：加热片加热温度不需太高，只要保证平晶表面没有雾珠凝结即可，以确保光学测量过程不受影响。

ⅱ、体积调节装置，该装置包括安装在箱体左端面（移动隔板）的观察窗去雾珠装置，安装在箱体两侧面的固定槽；其中：

箱体和移动隔板由有机玻璃制作，以便于观察箱体内的实验情况，固定槽通过粘合的方式平行固定在箱体内侧面，移动隔板四周与箱体的固定槽之间可采用橡胶密封垫密封。

ⅲ、一种烟/雾均匀调节装置，该装置包括安装在箱体一侧①、②、③管道出口处的三个等距筛孔板，安装在每个管道端口处的调速风扇；其中：

每个筛孔板上分布着几十个小孔，使得箱体内的烟/雾快速均匀化，调速风扇可采用无极调速器来控制转速大小。

ⅳ、一种烟/雾流动状态调节装置，该装置包括安装在箱体两侧的pvc管道，安装在每个管道内的调速风扇和阀门；其中：

通过控制不同管道内阀门和调速风扇转速的大小可以改变箱体内烟/雾的流动状态。

本发明多功能烟、雾箱装置包括观察窗去雾珠装置、体积调节装置、烟、雾均匀调节装置和烟、雾流动状态调节装置；本烟、雾箱系统采用加热片加热的方式来去除凝结在观察窗壁面的雾珠，避免了气体吹扫装置所带来的气流扰动现象；通过在箱体两端设置平晶，可以在使用光学测量装置测量烟、雾参数时很好的防止激光的散射现象；另外，通过筛孔板使得箱体内的烟、雾浓度更加均匀，解决了现存采用喷头将烟、雾喷入箱体内的不均匀性；通过调速风扇以及阀门的协调控制来有效改变箱体内的烟、雾流动状态。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：

（1）本发明多功能烟、雾箱装置既可以采用称重法等传统方法对烟、雾的浓度进行测量，也可以采用光学方法对烟、雾的浓度、粒径和流速进行测量，结构设计合理。

（2）本发明多功能烟、雾箱装置采用加热片加热的方式来去除观察窗平晶表面的凝结雾珠，有效避免了利用光学测量方法测量箱体内雾特性时所受到的影响。

（3）本发明多功能烟、雾箱装置采用可调节移动隔板对箱体内的有效体积进行调节，结构简单，成本较低。

（4）本发明多功能烟、雾箱装置采用筛孔板装置，有效解决了箱体内烟、雾不均匀的现象。

附图说明：

图1是本发明多功能烟、雾箱装置的结构示意图；

图2是本发明多功能烟、雾箱装置在穿透散射介质成像实验中的应用示意图；

图3是本发明多功能烟、雾箱系统在烟、雾浓度、粒径和流速等参数测量实验中的应用示意图；

图2中：1、石棉；2、金属箍；3、平晶；4、加热片；5、移动隔板；6、固定槽；7、筛孔板；8、调速风扇；9、pvc管道；10、烟雾发生器；11、阀门；12、箱体；13导线；14、数显温控仪；15、激光器；16、扩束器；17、透镜；18、孔径光阑；19、探测器；

图3中：1、石棉；2、金属箍；3、平晶；4、加热片；5、移动隔板；6、固定槽；7、筛孔板；8、调速风扇；9、pvc管道；10、烟雾发生器；11、阀门；12、箱体；13导线；14、数显温控仪；15、激光器；16、分光器；17、一维发送器；18、二维发送器；19、透镜；20、探测器；21、信号处理器。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

本申请多功能烟、雾箱装置包括观察窗去水雾珠装置、箱体体积调节装置、烟、雾均匀调节装置和烟、雾流动状态调节装置。其中：

观察窗去雾珠装置包括平晶3、加热片4、石棉1、金属箍2、数显温控仪14以及导线13，其中：平晶3、加热片4、石棉1一同固定在金属箍2的内侧，金属箍2可以很好的将平晶3与箱体12之间进行固定，便于保证箱体12两端面平晶3之间的平行度，左端的观察窗去水珠装置固定在移动隔板5上的中心位置，右端的观察窗去水珠装置固定在箱体右端面的中心位置，箱体左端面可以移动，右端面固定不动，箱体两端的加热片4通过同一个数显温控仪对平晶3进行加热，以去除平晶3内壁面的凝结雾珠，防止该雾珠对光学测量时的影响，其中，加热片4为硅橡胶制作，同时，在加热片4和金属箍2之间用石棉进行隔热，防止因温度过高造成对箱体的损坏，数显温控仪14既可以对平晶3进行加热，也可以实时反馈平晶表面的温度大小。

箱体体积调节装置包括箱体12以及固定槽6、移动隔板5和安装在移动隔板5上的观察窗去水珠装置，固定槽6平行安装在箱体12的内侧壁，移动隔板5与固定槽6之间由橡胶密封垫密封，通过打开箱体顶部的门扇取出移动隔板并放置到不同的固定槽6内来改变箱体体积的大小。

烟、雾均匀和流动状态调节装置包括筛孔板7、调速风扇8和阀门11，筛孔板7分别与①、②、③处的pvc管道相连接，调速风扇8安装在每个pvc管道9内的端口处，每个pvc管道9与箱体之间通过密封带密封，阀门与pvc管道9连接，可以控制管道内烟、雾流量的大小，调速风扇8将烟、雾通过筛孔板7送入箱体内，经过筛孔板后的烟、雾可以得到很好的均匀性，通过控制不同调速风扇和阀门的开闭可以有效的调节箱体内烟、雾的流动状态。

本发明烟、雾箱装置采用加热片加热的方式来去除凝结在观察窗壁面的雾珠，避免了气体吹扫装置所带来的气流扰动现象；通过在箱体两端设置平晶，可以在使用光学测量装置测量烟、雾参数时很好的防止激光的散射现象；另外，通过筛孔板使得雾箱内的烟、雾浓度更加均匀，解决了现存采用喷头将烟、雾喷入箱体内的不均匀性；通过调速风扇以及阀门的协调控制来有效改变箱体内的烟、雾流动状态。

下面结合附图2和附图3对本发明做进一步描述，本发明不限于下列实例应用：

1）如图2所示，展示了本发明烟、雾箱装置在穿透散射介质成像实验中的应用，在该实验应用中，包括光发射单元、烟、雾箱装置（内置刻有“s”的透射型物体）和光接收单元三大部分，在这里，烟、雾箱装置充当成像实验中的散射介质。其中：

本发明烟、雾箱装置包括长条形箱体12以及观察窗去水珠装置、体积调节装置、烟、雾均匀调节装置和烟、雾流动状态调节装置。其中：箱体采用成本较低且便于实验观察的有机玻璃制作，箱体各面采用铝合金框架组装，箱体顶部设有门扇，便于更换箱体内的测试物体和改变移动隔板5的位置，与烟雾发生器10一侧连接的①、②、③处pvc管道9为喷雾口，另一侧连接的④、⑤、⑥处pvc管道9为排雾口；实验过程中，开启烟雾发生器10，打开①、②、③处对应的调速风扇8和阀门11，并关闭④、⑤、⑥处的调速风扇8和阀门11，使箱体处于密闭状态，当箱体内充入一定的烟、雾时，微小的悬浮雾颗粒会在平晶3和箱体12内壁凝结为小雾珠，由于光发射单元发出的光需要经过箱体左端面的平晶3进入箱体内，穿过待测物体后，经箱体右端面的平晶3后被光接收单元接收，为了防止雾珠对光的散射影响，本发明通过使用数显温控仪14控制的硅橡胶加热片4对平晶3进行加热，以去除内壁表面的凝结雾珠，数显温控仪14可以根据需要设定温度的大小，温度不需太高，只需保证平晶3内壁无雾珠就好。实验过程中我们需要研究烟、雾的厚度对成像质量的影响，此时，就需要体积调节装置通过改变移动隔板的位置来改变箱体内的有效体积大小，例如，打开箱体顶部的门扇，将移动隔板从ⅰ-ⅱ向右移动一个固定槽位到ⅲ-ⅳ时，对应的需关闭移动隔板左侧①处阀门10和调速风扇8，待烟、雾气排净时，可关闭①、④两处的调速风扇8和阀门11，以此来探究散射介质厚度的大小对后端成像质量的影响。此外，为了防止箱体内烟、雾浓度不均匀对成像所带来的随机性影响，本发明通过使用筛孔板7使进入到箱体内的烟、雾均匀分布，其中，筛孔板7安装在①、②、③处pvc管道9喷雾口处，其上分布着数十个小孔。另外，本发明还可以探究不同烟、雾浓度和流动状态对成像质量的影响，当系统中所有调速风扇8和阀门11均开启时，实验过程中箱体内的烟、雾流动为纵向流动，还可以关闭④、⑤、⑥处的阀门11和调速风扇8，以探究密闭状态下烟、雾浓度对成像质量的影响，此外，还可以通过开闭①、②、③和④、⑤、⑥处不同位置的调速风扇8和阀门11来改变整个箱体12内的烟、雾流动状态，例如，关闭②、③和④、⑤处的调速风扇和阀门，开启①和⑥位置处的调速风扇和阀门，这时箱体内的烟、雾流动方向为①→⑥，从而可以探究烟、雾不同流动状态下对成像质量的影响。

上述光发射单元包括激光器15以及放置在激光器15前面的扩束器16和透镜17。

上述光接收单元包括孔径光阑18和探测器19，可以连续捕获箱体内烟、雾不同流动状态下的图像，其中，孔径光阑可以选择带有目标信息的散斑，去除多余的散斑信息。

2）如图3所示，展示了本发明烟、雾箱装置用光学方法在烟、雾浓度、粒径和速度等参数测量实验中的应用，在该实验应用中，使用相应的光学测量系统对箱体12内雾雾的各参数进行测量，包括发射光路系统、雾箱装置、接收光路系统和信号处理器等四大部分。其中：

光发射单元包括激光器15以及放置在激光器15前面的分光器16、一维发送器17和二维发送器18。光接收单元包括内置多个光电倍增管的探测器20。

烟、雾箱装置与图2所述基本相同，通过调节不同管道的阀门10开启的大小来调节箱体内烟、雾的浓度大小，通过调节不同位置处调速风扇7的转速来调节箱体内烟、雾的流速，然后经过光学测量系统精准的测量了箱体内烟、雾的浓度、粒径和流速大小。首先打开烟雾发生器10、箱体两侧各调速风扇8和阀门11，让箱体内的烟、雾纵向流动，调节调速风扇8的转速，可使箱体内的雾具有不同的流速，调节①、②、③处的阀门11的大小，可使箱体内的烟、雾具有不同的浓度，激光器15发出的光被分光器16分为多束激光，分离后的光分别由一维发送器17和二维发送器18输入到箱体内，被分离后的不同的光在箱体内相交形成测量体，其中蓝光与绿光分别在测量体内形成明暗相间的干涉条纹，当箱体内烟、雾粒子穿过测量体时，会引起干涉条纹的变化，产生多普勒信号，该信号由探测器20接收后经多个光电倍增管放大送入到信号处理器，经计算可得到烟、雾的浓度、粒径和速度大小。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件或构件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。