一种水下微气泡及其絮体测量装置的制作方法

本发明涉及气浮水处理技术领域，特别涉及一种水下微气泡及其絮体测量装置。

技术背景

气浮处理工艺越来越广泛地应用在水处理领域，气浮技术能够解决传统沉淀工艺无法解决的难题，如低温低浊、高藻水体固液分离问题，同时具有投资少、占地面积小、自动化程度高、操作管理方便等特点。气浮技术利用了微气泡体积小、比表面积大、气泡表面疏水、具有良好的粘附性能等特性，对水中絮体及疏水性颗粒物质具有较好的分离效果。在针对低温低浊高藻水的处理中，气浮技术起到了非常重要的作用。絮凝-气浮工艺也已经在给水和废水处理、选矿、造纸及湿法冶金中得到了广泛应用。总的来说是能够有效地使固、液，液、固、油或油、水分离的技术应用。在浮选过程中降低气泡尺寸和表面电荷成为优化浮选效率的可能性。气泡尺寸越小，浮选效果越好，经过研究发现微纳米气泡去除水中污染物的效率最高。因此对气泡尺寸进行监测和控制，对提高气浮技术在水处理中的应用效果有着很好的帮助。

目前测量气泡尺寸的方法主要有图像分析法、激光衍射法、光导探针法等，但大都适用于实验室内及反应器透明的装置的测量，对于实际生产过程中应用气浮设备产生大量微气泡的测量技术还较少，不能实时监测释放器的释气性能，也不能对某类溶气罐及释放器的产品性能进行检测，对于市面上种类繁多的气浮产品缺乏统一的检测装置，无法真正测量各类产品产生微气泡的大小。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开一种适用于水下微气泡及其絮体测量装置，可以实现在释放器周围测量气泡及其夹气絮体的大小，也能观察到气泡与絮体粘附的过程。在不扰乱水下液体环境的情况下实现测量，避免了引水采样过程中气泡大小和形状发生变化造成的实验误差，具有实验数据可靠性高，图像可见，结构简单等特点。

一种水下微气泡及其絮体测量装置，包括一个透明密封腔体、位于腔体内部上下与水体连通的透明的观察室、位于腔体左侧的照明装置、位于腔体右侧的摄像机和传送装置；所述密封腔体浮在水面以下；所述照明装置包括遮光室、安装在遮光室左侧的光源；所述传动装置包括传送带、与传送带连接的从动传动装置、传动杆、主动传动装置；所述主动传动装置设置在位于观察装置上方的固定平台上，通过传动杆与从动传动装置连接；所述摄像机固定在所述传送带上。

所述的水下微气泡及其絮体测量装置，所述遮光室右侧安装有凸透镜片。

所述的水下微气泡及其絮体测量装置，还包括电子控制装置，所述电子控制装置包括：电脑、信号传输线和电源；所述电脑和电源通过穿过连接管的信号传输线分别与所述摄像机和所述光源连接。

所述的水下微气泡及其絮体测量装置，所述主动传动装置包括依次连接的转动手柄、主动传动装置主动齿轮、主动传动装置从动齿轮；所述从动传动装置包括依次连接的从动传动装置主动齿轮、从动传动装置从动齿轮、从动传动装置传动齿轮；所述主动传动装置从动齿轮通过传动杆与从动传动装置主动齿轮连接；所述与从动传动装置从动齿轮通过所述传动带与传动齿轮连接。

所述的水下微气泡及其絮体测量装置，所述照明装置通过固定云台固定在支撑杆上，与竖直平面呈5°夹角。

所述的水下微气泡及其絮体测量装置，所述观察室右侧外表面镶嵌有目镜测微尺。

所述的水下微气泡及其絮体测量装置，所述照明装置右侧的凸透镜与所述目镜测微尺以及所述摄像机中心在一条直线上。

所述的水下微气泡及其絮体测量装置，所述观察室1底部安装有喇叭口型的挡流板。

所述的水下微气泡及其絮体测量装置，所述连接管与传动杆为可伸缩装置。

本发明将照明与摄像机伸入水中观察，能够实时测量释放器产生的气泡大小以及水体中絮体的大小，并得到释放器附近产生的气泡和水中夹气絮体的照片，可以减少气泡及絮体在运动过程中发生破裂、变化造成的误差，提高实验数据的可靠性。

本发明照明装置采用凸透镜进行聚光照明，为观察视野提供充足的光照条件。观察室在观察装置内部，与观察装置连为一体，降低了利用进出水管对气泡造成的影响，减少水流紊动，不会对整个运行水体条件造成太大影响。连接管采用可伸缩的装置，能够根据不同水深调节连接管的长度，便于适应不同高度的气浮池反应器，实现对释放器距离的控制。

本发明采用齿轮传动装置实现对摄像机的微调，能够使摄像机更好的聚焦；传动装置底部平台上带有标尺，可以通过计算得出所需移动调整的距离，能够更好的对移动的距离进行掌握；齿轮传动装置可以实现在长距离控制，在池边即可操作，实现对水中摄像机的操纵，有利于调整对水中气泡及絮体观测的清晰度，解决了在水池外聚焦不准确的问题。

本发明对伸入水下的仪器设备进行密封保护，免去了仪器进水造成设备故障而导致实验中断的可能；观察室与水体相通，可以实现水中气泡的自由流动，可以观察到动态水流过程中的气泡及絮体的形态，能为更好的对气泡及絮体的研究和分析提供数据支撑；观察室与竖直平面呈5°夹角，可以实现水中气泡及絮体在平板上铺散，又避免了角度过大造成气泡及絮体的堆积、重叠现象，也能降低水流冲击过大造成的气泡紊乱、絮体破碎；观察室右侧带有目镜测微尺，可以实现对水中微气泡及絮体尺寸的测量，在进行拍照后能够直观通过刻度进行测量。

本发明采用ccd高速显微相机及其电子传输设备，通过设置帧率及曝光时间，实现对水中气泡及絮体的拍照记录，并能进行实时分析，为后期的数据处理和实验分析提供可靠的数据支撑。

本发明的有益效果

本发明实现了对气浮工艺反应器内释放器产生气泡大小以及夹气絮体的实时测量，有效解决了传统的气泡测量技术不能对生产应用中气浮池内气泡及絮体测量的问题，本发明能在气泡释放的地方进行测量，减少了引出含气泡水取样过程中气泡发生变化造成的误差，具有试验设备简单、操作方便、效率高、数据可靠性强等优点，可以广泛应用在各种气浮设备性能检测中，为以后筛选优良的气浮设备以及提高相应气浮设备的性能提供了重要的技术支撑，为推动气浮工艺的发展有着重要的意义。

附图说明

图1为装置剖面示意图；

图2为装置外形立体示意图；

图3为摄像装置示意图；

图4为照明装置示意图；

图5为主动传动装置18放大图；

图6为主动传动装置18齿轮示意图；

图7为从动传动装置13放大图；

图8为从动传动装置13齿轮示意图；

图9为传送带示意图。

装置组成：1、观察室；2、挡流板；3、目镜测微尺；4、遮光室；5、固定云台；6、支撑底座；7、光源；8、凸透镜片；9、固定支撑杆；10、电线；11、高倍显微摄像机；12、传送带；13、从动传动装置；14、传动齿轮；15、传动杆；16、密封盖；17、观察装置；18、主动传动装置；19、电源；20、控制电脑；21、信号传输线；22、转动手柄；23、主动传动装置主动齿轮；24、主动传动装置从动齿轮；25、从动传动装置主动齿轮；26、从动传动装置从动齿轮；27、从动传动装置传动齿轮；28、支撑柱；29、支撑转动圆盘；30、连接管；31、固定装置；32、受力杆；33、手柄连接杆；34、传送带内齿；35、标尺；36、固定平台；37、伸缩调节器。

具体实施方法

一种水下微气泡及其絮体测量装置及方法是由照明装置、摄像装置、传送装置、电子控制装置组成。照明装置包括遮光室4、光源7、凸透镜8、固定云台5、固定支撑杆9组成；摄像装置包括高倍显微摄像机11、固定云台5、支撑底座6、标尺35组成；传送装置包括固定支撑杆9、传送带12、从动传动装置13、传动杆15、主动传动装置18组成；电子控制装置包括控制电脑20、信号传输线21、电源19组成。

本观察装置17是密封的透明体，箱体两侧为可拆卸的密封盖16，实现在拧紧浸入水中后装置内保持干燥不进水。观察装置17内含有观察室1、照明室和摄像室，其中照明室与摄像室保持连通，观察室1在观察装置17内部，上下与水体相通。在观察室1右侧外表面镶嵌有目镜测微尺3，可以实现原视野镜头的对焦，便于找到观察视野。在观察室1底部带有呈喇叭口状的挡流板2，可以实现气泡水及其絮体在水流的流动下进入观察室1。观察室1与竖直方向呈5°夹角，观察装置17内装有固定支撑杆9，固定支撑杆9与观察装置17底部呈5°夹角，从而使得固定支撑杆9能与观察室1垂直。

遮光灯室4内部连接有led灯7，灯室右侧为凸透镜片8，可以实现光束聚集在观察室1中央，为观察视野提供足够的灯光准备。遮光室4安装在固定云台5上，再固定在固定支撑杆9上，遮光灯室4与固定云台5可以从观察装置左侧放入，再拧紧密封盖16。

高倍显微摄像机11通过与固定云台5连接，放置在支撑底座6上，支撑底座6左侧放置有标尺35，可以在滑动时确定好移动距离，支撑底座6固定在传送带12上。摄像装置可以从观察装置17右侧放入，再拧紧密封盖16。

传送带12固定在固定支撑杆9中间，通过操控主动传动装置18的转动手柄22，依次带动主动传动装置主动齿轮23、主动传动装置从动齿轮24、连接杆15、从动传动装置主动齿轮25、从动传动装置从动齿轮26、从动传动装置传动齿轮27的转动，实现摄像装置能够在观察装置17内进行移动，实现从水体外部对水中物体的微调移动。传送带12内部有内齿34，能实现传送带12的转动。主动传动装置18固定在连接管30上方的平台上，主动传动装置从动齿轮24底部有支撑转动圆盘29，可以实现主动传动装置从动齿轮24的自由转动，并得到了支撑。从动传动装置从动齿轮26是依附在从动传动装置传动齿轮27上的子母传动齿轮。从动传动装置主动齿轮25与从动传动装置从动齿轮26垂直。

传动杆15以及信号传输线21、电线10均放置在连接管30内，保证整个观察装置17内部干燥无水。连接管30与传动杆为可伸缩装置，可以实现对不同深度的气浮池进行实地测量。

在实验开始前，从外部测量气浮池高度，并确定好释放器高度，调整连接管30与传动杆15的长度。打开观察装置17左侧密封盖16，将遮光室4安装在固定云台5上，并与固定支撑杆9连接固定，将电线10与遮光灯室4上的插电口连接，并从连接管30内伸出插入电源19中，放置完成后拧紧左侧密封盖16。将高倍显微摄像机11放置在固定云台5上，拧紧固定，打开观察装置17右侧密封盖，将标尺35贴边固定在固定支撑杆9上，将带有高倍显微摄像机11的固定云台5连接到支撑底座6上方。将信号传输线21与摄像机11连接后，从连接管30内伸出与控制电脑连接。将观察装置17右侧的密封盖16拧紧。将观察装置17放入水中，直至下降到指定高度，将固定平台36与池边栏杆连接固定。将电源19开启，led灯7的灯光聚集到观察室1中央，依次开启控制电脑20、摄像机11，通过操控主动传动装置18的转动手柄22，依次带动主动传动装置主动齿轮23、主动传动装置从动齿轮24、连接杆15、从动传动装置主动齿轮25、从动传动装置从动齿轮26、从动传动装置传动齿轮27、传动齿轮14的转动，调整焦距，使画面内的气泡清晰可见，并将画面对焦于目镜测微尺3的十字刻度前。当观察室1内流态稳定后，点击控制电脑20内的记录按钮，记录气泡及其絮体运动图像，并使用image-propremier软件对记录图像进行分析计算。取得多组实验图像及数据后，关闭高倍显微摄像机11、控制电脑20、电源19，将固定平台36与池边分离，将观察装置17及连接管30从水体中取出，对观察装置17表面进行擦拭，擦干后，拧开观察装置左右两侧的密封盖16，将照明装置与摄像装置取出，收拾整理仪器设备，并进行下一步图像整理和数据分析工作。