雾滴参数测量装置及利用该装置的雾滴参数测量分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及喷雾技术领域，具体的说是一种雾滴参数测量装置以及利用该装置的 雾滴参数测量分析方法。
【背景技术】
[0002] 喷雾技术在工农业生产领域中发挥着重要的作用，其广泛应用于喷涂、食品加工、 农业植保、药品生产、喷雾冷却、卫生防疫和燃料雾化等领域。
[0003] 农药喷洒作业中，在喷射药量相同的情况下，单个雾滴直径越小，雾滴数目越多， 覆盖面积越大，防治效果也越好。在食品、化工、医药等工业中进行喷雾干燥时，雾滴的大小 直接影响到产品的颜色、容重、溶解度、扩散性等物理性质。因此，雾滴直径分布指数是喷雾 技术中最重要的参数，也是决定喷雾机具性能的重要指标之一，准确测量雾滴尺寸、掌握喷 雾雾滴尺寸分布规律，对更好地控制喷雾过程具有重要意义。
[0004] 传统的雾滴尺寸测量主要是通过试样测量的方法。所谓试样测量方法是指通过将 雾滴沉积在水敏纸或油敏纸上形成印痕，或者通过油盘法将雾滴收集在一个油质基块上， 然后再放置在光学显微镜下进行雾滴尺寸测定。该方法通过人工分析雾滴尺寸和分布，工 作强度大且操作费时、费力。同时，光学显微镜携带不便，不适于野外测量。另外，该方法未 考虑到环境因素对雾滴颗粒的影响，导致测量准确性差，测量结果不可靠。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的第一个技术问题是提供一种结构简单、操作方便、能保证测量数 据准确可靠且能适于野外测量环境的雾滴参数测量装置。
[0006] 本发明要解决的第二个技术问题是提供一种流程简单、实施方便、测量结果准确 可靠的雾滴参数测量分析方法。
[0007] 为解决上述第一个技术问题，本发明的雾滴参数测量装置包括箱体，其结构特点 是所述箱体内部通过隔板分隔出暗箱，暗箱的顶部安装有摄像头，摄像头上安装有环形光 源，暗箱的底部滑动安装有由电机驱动且可探出箱体的底板，底板的顶面上安装有背光光 源，背光光源的上方放置有载玻片；箱体内还安装有可调节暗箱内湿度的湿度调控机构； 箱体内还设置有与摄像头的信号输出端电连接的DSP图像处理系统以及与电机、环形光 源、背光光源以及湿度调控机构电连接的ARM控制系统。
[0008] 采用上述结构，箱体可以十分方便的携带至测量现场，尤其是户外的测量现场，利 用底板的滑动伸缩结构，当底板滑出箱体时，利用其上的载玻片可以收集雾滴颗粒，收集完 成后再缩回到暗箱内，使得雾滴颗粒的采集变得非常简单；在暗箱内，外界的光照射不到， 背光光源与环形光源配合照明，利用摄像头进行图像采集，保证了图像更加明亮清晰，有助 于后续的采集和分析处理；设置湿度调控机构，可对暗箱内的湿度进行调整，尤其是对湿度 进行调整，避免雾滴颗粒存在过多的挥发、蒸发以及聚合现象，保证单个雾滴颗粒的完整性 和独立性，从而保证对雾滴图像信息的准确性和可靠性。
[0009] 所述湿度调控机构包括风扇、温湿度传感器和雾化器，风扇安装在暗箱的侧壁上， 温湿度传感器安装在暗箱内壁上，雾化器的雾化喷口与暗箱连通。温湿度传感器用于实时 监测暗箱内的温度和湿度信息，然后将温湿度信息传递给ARM控制系统，ARM控制系统依据 湿度信息分别对雾化器和风扇进行合理控制，使得暗箱内保持最佳湿度，从而保证测量结 果的可靠性。
[0010] 所述DSP图像处理系统包括与摄像头的信号输出端电连接的视频解码器和与视 频解码器电连接的DSP芯片；所述ARM控制系统包括ARM芯片、与ARM芯片电连接的温湿 度信号接收电路、电机控制电路和操作显示控制电路，所述雾化器、风扇、环形光源和背光 光源均由继电器控制，各继电器的控制端均与ARM芯片电连接；所述DSP芯片与ARM芯片通 信连接。装置集成ARM嵌入式微处理器和DSP数字信号处理器的双处理器架构，DSP作为 图像处理模块的核心，凭借其强大的运算处理能力，主要完成图像的采集、处理和分析等任 务，进一步保证测量结果的可靠性;ARM以其强大的控制能力作为系统主控模块的核心，完 成系统配置和控制功能，可为用户提供良好的人机交互界面，操控更加方便。
[0011] 所述操作显示控制电路包括安装在箱体外壁上的人机界面显示屏和操作按键。显 示屏用于实时显示图像和文字信息，反应测量结果，操作按键用于设置系统参数和手动操 作控制。
[0012] 所述箱体侧壁上还安装有扬声器，扬声器由继电器控制且该继电器的控制端与 ARM芯片电连接。设置扬声器，在系统出现异常时，可用于报警。例如当暗箱内湿度超过设 定的阈值时，扬声器报警，工作人员终止当前操作，进行检修或者重新测量。
[0013] 所述底板的顶面上开设有沉槽，所述背光光源包括嵌装在上述沉槽内且顶部敞口 的光源盒、安装在光源盒内的LED灯组以及封装在光源盒顶部敞口上的透光板。背光光源 采用盒式结构，载波片放置在透光板上，灯光照射在载玻片的底部，便于摄像头采集图像信 息。
[0014] 所述箱体的侧壁上开设有可供底板伸出的开口，底板的外伸端固接有可将上述开 口封闭的盖板。盖板可将开口封闭，避免外部的光线或者灰尘杂质等进入暗箱而影响测量 结果。
[0015] 所述暗箱的底部安装有滑轨，底板的底部安装有与滑轨滑动配合且由电机驱动的 滚轮。底板采用该种滑动安装的结构，通过控制电机的正反转来实现底板的伸缩动作，运行 平稳且操控方便。
[0016] 为解决上述第二个技术问题，本发明的雾滴参数测量分析方法，其特征是该方法 包括如下步骤：
[0017] 步骤1)将装置携带至测量现场，将装置系统初始化，设置温度和湿度参数；
[0018] 步骤2)控制底板伸出箱体外部，利用载波片收集雾滴；
[0019] 步骤3)收集雾滴结束后，控制底板缩回暗箱内，利用湿度调控机构调节暗箱内的 湿度，并对温湿度进行记录，打开摄像头和光源，进行图像采集；
[0020] 步骤4)利用DSP图像处理系统对采集的图像进行灰度变换，将彩色图像转换成灰 度图像；
[0021] 步骤5)采用边缘保持滤波法抑制图像中的各种噪声，锐化雾滴图像边缘信息，改 善图像质量；
[0022] 步骤6)采用迭代阈值法对图像进行阈值分割，将采集到的图像转化为二值图像；
[0023] 步骤7)扫描整幅二值图像，依据对二值图像的分析得出雾滴参数并进行输出和 显不O
[0024] 步骤7)中所述的雾滴参数包括雾滴个数、雾滴面积、雾滴周长和雾滴覆盖率。
[0025] 上述方法中，利用装置的便携性，可适用于各种复杂环境的测量作业，利用箱体内 的暗箱结构可保证测量环境的稳定性以及湿度的可控性，从而能够保证图像信息采集的准 确可靠性；对图像的处理分析依次经过灰度变换、图像降噪处理、阈值化分割后形成二值图 像，得到的二值图像可方便的进行定量分析，从而可得到准确可靠的雾滴参数信息，试验结 果精确可靠。
[0026] 综上所述，本发明能够适应户外复杂的测量环境且能保证测量结果的准确可靠 性，同时，整个装置结构简单、操控方便，整个方法流程简单，便于实施。
【附图说明】
[0027] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明：
[0028] 图1为本发明的整体结构示意图；
[0029] 图2为图1中的A部放大结构示意图；
[0030] 图3为本发明其中一种工作状态的结构示意图；
[0031] 图4为本发明另一种工作状态的结构示意图；
[0032] 图5为本发明整个系统的控制原理示意框图；
[0033] 图6为雾滴图像分析模块化流程框图；
[0034] 图7为雾滴图像处理系统软件系统架构图。
【具体实施方式】
[0035] 参照附图，该雾滴参数测量装置包括箱体1，箱体1内部通过隔板分隔出暗箱2,暗 箱2的顶部安装有摄像头3,摄像头3上安装有环形光源4,暗箱2的底部滑动安装有由电 机5驱动且可探出箱体1的底板6,箱体1的侧壁上开设有可供底板6伸出的开口，底板6 的外伸端固接有可将上述开口封闭的盖板21。盖板21可将开口封闭，避免外部的光线或者 灰尘杂质等进入暗箱2而影响测量结果。对于底板6的滑动安装结构，本发明优选的为：暗 箱2的底部安装有滑轨22,底板6的底部安装有与滑轨22滑动配合且由电机5驱动的滚轮 23。通过控制电机5的正反转来实现底板6的伸缩动作，运行平稳且操控方便。底板6的顶 面上安装有背光光源7,背光光源7的上方放置有载玻片8。底板6的顶面上开设有沉槽， 背光光源7包括嵌装在上述沉槽内且顶部敞口的光源盒71、安装在光源盒71内的LED灯组 72以及封装在光源盒71顶部敞口上的透光板73。载波片8放置在透光板73上，灯光照射 在载玻片8的底部。透光板73可采用透明玻璃板，根据图像采集的需要以及雾滴不同颜色 的需求，透明板还可采用有色玻璃板，同样的，载波片8也可采用透明片或者有色片。箱体 1内安装有可调节暗箱2内湿度的湿度调控机构。箱体1内还设置有与摄像头3的信号输 出端电连接的DSP图像处理系统9以及与电机5、环形光源4、背光光源7以及湿度调控机 构电连接的ARM控制系统10。
[0036] 参照附图，湿度调控机构包括风扇11、温湿度传感器12和雾化器13,风扇11安装 在暗箱2的侧壁上