一種用於橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動採集系統的製作方法

2023-05-03 02:00:56

一種用於橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動採集系統的製作方法
【專利摘要】本發明屬於兩相流、氣泡動力學領域，具體涉及一種用於橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動採集系統。一種用於橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動採集系統，括實驗段驅動系統、供氣系統、實驗段和圖像自動採集系統。本發明可以模擬多種橫蕩工況，操作方便、快捷，而且成本低廉。
【專利說明】—種用於橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動採集系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於兩相流、氣泡動力學領域，具體涉及一種用於橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動採集系統。
【背景技術】
[0002]氣泡行為廣泛存在於船舶熱能動力裝置、船舶核動力裝置中，會影響系統的流動、傳熱特性。在船舶的行駛過程中，氣泡的行為還會受到海浪和船舶自身機動引起的橫蕩條件的影響。因此，對橫蕩條件下氣泡的行為進行研究具有重要的工程意義。目前，國內外學者對氣泡行為進行了大量的研究，但是，這些研究大多都是針對靜止容器中的氣泡行為，或搖擺條件下流動管道中的氣泡行為。對靜止容器中氣泡行為進行的研究沒有考慮橫蕩條件引起的附加慣性力；對搖擺條件下流動管道中氣泡行為的研究受到流動的影響，而且流道的運動是橫向運動與縱向運動的疊加，影響因素較複雜；都不能準確揭示橫蕩條件對氣泡行為的影響。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在於提供一種研究工況範圍廣，圖像採集精度高，結果分析準確，而且成本低廉，搭建方便，操作簡單，的用於橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動採集系統。
[0004]本發明的目的是這樣實現的:
[0005]一種用於橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動採集系統，括實驗段驅動系統、供氣系統、實驗段和圖像自動採集系統，實驗段驅動系統包括單軸運動控制器(I)、步進電機驅動器2、步進電機3、絲杆4、第一滑塊5、第一導軌6和第一支架7 ;單軸運動控制器I將控制運動的速度、坐標信息傳遞給步進電機驅動器2，步進電機驅動器2根據速度、坐標參數決定向步進電機3的輸出電壓，控制步進電機3的轉速和方向；絲杆4與步進電機3的軸通過螺栓連接固定在一起，絲杆4、第一導軌6均通過螺栓連接固定在第一支架7上；第一滑塊5呈Ω型，與圓形截面的第一導軌6過盈配合在一起，每根導軌上有兩塊滑塊；供氣系統的包括氣泵8、流量調節閥9、玻璃轉子氣體流量計10和止回閥11 ;氣體從氣泵8導出後先流經流量調節閥9，再流經玻璃轉子氣體流量計10和止回閥11，最後從氣孔12進入水箱13 ;實驗段部分包括帶氣孔12的水箱13 ;水箱13通過螺栓連接與絲杆4和第一滑塊5固定在一起，全部重量由第一導軌6支撐；步進電機3帶動絲杆4轉動，絲杆4的轉動帶動水箱13沿第一導軌6水平運動；圖像採集系統包括補光和攝像兩個子系統，補光系統包括LED平面光源14，後者主要包括連杆15、第二滑塊16、第二導軌17、第二支架18、計算機19和高速攝像機20 ;平面光源14與水箱13通過螺栓連接固定在一起，隨著水箱13 —起做水平方向的橫蕩運動，在運動過程中照明水箱；第二支架18與第一支架7尺寸相同，平行布置；第二滑塊16呈Ω型，與圓形截面的第二導軌17過盈配合在一起，每根導軌上有兩塊滑塊；高速攝像機20通過螺栓連接與第二滑塊16固定在一起，第二連杆15兩端分別與第一導軌6和第二導軌17焊接在一起，水箱13在水平方向的橫蕩運動通過第二連杆15傳遞給高速攝像機20，採集的圖像存儲在計算機19中。
[0006]本發明的有益效果在於:採用單軸運動控制器與步進電機驅動器、步進電機、絲杆、滑塊、導軌結合的方法，來實現水箱特定規律的橫蕩運動。通過改變控制面板參數，就可以改變電動機和絲杆的轉速，從而改變水箱橫向運動的振幅和周期。採用這種方法，可以模擬多種橫蕩工況，操作方便、快捷，而且成本低廉；本發明中，在玻璃轉子氣體流量計下遊、氣孔下部安裝有一個止回閥，防止水箱中的水向下流入管道而阻礙氣體流動，特別是在低氣流量工況的啟動階段，止回閥的作用尤其重要；本發明中，將一塊LED平面光源與水箱固定在一起，實現LED平面光源與水箱同樣規律的橫蕩運動，保持為高速攝像機補光的角度不變，方便圖像的採集；本發明中，通過連杆、滑塊與導軌帶動高速攝像機，實現高速攝像機與水箱同樣規律的橫蕩運動，保持採集圖像的角度不變，方便後處理和分析。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發明的整體結構示意圖；
[0008]圖2為本發明的特定規律的橫蕩運動生成裝置示意圖；
[0009]圖3為本發明的補光及攝像裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述:
[0011]本發明是一種用於橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動採集系統，其特徵是:本系統包括實驗段驅動系統、供氣系統、實驗段和圖像自動採集系統四個部分。實驗段驅動系統的主要設備包括單軸運動控制器(I臺)、步進電機驅動器(I臺)、步進電機(I臺)、絲杆(I根)、滑塊(4塊)、導軌(2根)和支架(I臺);供氣系統的主要設備有氣泵(I臺)、流量調節閥(I個)、玻璃轉子氣體流量計(I個)和止回閥(I個)；實驗段部分主要包括帶氣孔的水箱(I個);圖像採集系統包括補光和攝像兩個子系統，前者主要包括LED平面光源(I塊)，後者主要包括連杆(2根)、滑塊(4塊)、導軌(2根)、支架(I臺)、計算機(I臺)和高速攝像機(I 臺)。
[0012]本發明還可以包括:
[0013]1、在實驗段驅動系統中，採用單軸運動控制器與步進電機驅動器、步進電機、絲杆、滑塊、導軌結合的方法，實現水箱特定規律的橫蕩運動。
[0014]2、在供氣系統中，玻璃轉子氣體流量計下遊、氣孔下部安裝有一個止回閥。
[0015]3、在圖像自動採集系統中，通過將一塊LED平面光源與水箱固定在一起，實現平面光源與水箱同樣規律的橫蕩運動。
[0016]4、在圖像自動米集系統中，通過連杆、滑塊與導軌帶動聞速攝像機，實現聞速攝像機與水箱同樣規律的橫蕩運動。
[0017]結合圖1，本系統包括實驗段驅動系統、供氣系統、實驗段和圖像自動採集系統四個部分。其中，實驗段驅動系統主要包括單軸運動控制器1、步進電機驅動器2、步進電機3、絲杆4、滑塊5、導軌6和支架7 ;單軸運動控制器I將控制運動的速度、坐標等信息傳遞給步進電機驅動器2，步進電機驅動器2根據速度、坐標等參數決定向步進電機3的輸出電壓，從而控制步進電機3的轉速和方向；絲杆4與步進電機3的軸通過螺栓連接固定在一起,絲杆
4、導軌6均通過螺栓連接固定在支架7上；滑塊5呈Ω型，與圓形截面的導軌6過盈配合在一起，每根導軌上有兩塊滑塊。供氣系統的主要設備有氣泵8、流量調節閥9、玻璃轉子氣體流量計10和止回閥11 ;氣體從氣泵8出來後先流經流量調節閥9，再流經玻璃轉子氣體流量計10和止回閥11，最後從氣孔12進入水箱13。實驗段部分主要包括帶氣孔12的水箱13 ;水箱13通過螺栓連接與絲杆4和滑塊5固定在一起，全部重量由導軌6支撐；步進電機3帶動絲杆4轉動，絲杆4的轉動帶動水箱13沿導軌6水平運動。圖像採集系統包括補光和攝像兩個子系統，前者主要包括LED平面光源14，後者主要包括連杆15、滑塊16、導軌17、支架18、計算機19和高速攝像機20 ;平面光源14與水箱13通過螺栓連接固定在一起，隨著水箱13 —起做水平方向的橫蕩運動，在運動過程中照明水箱；支架18與支架7尺寸相同，平行布置；滑塊16呈Ω型，與圓形截面的導軌17過盈配合在一起，每根導軌上有兩塊滑塊；高速攝像機20通過螺栓連接與滑塊16固定在一起，連杆15兩端分別與導軌6和導軌17焊接在一起，水箱13在水平方向的橫蕩運動通過連杆15傳遞給高速攝像機20，採集的圖像存儲在計算機19中。
[0018]結合圖2，在本發明中，按照所要研究的橫蕩運動規律，在單軸運動控制器I中輸入坐標與速度參數，步進電機驅動器2根據上述參數決定向步進電機3的供電電壓，從而控制步進電機3和絲杆4的轉動方向與轉動速度，由此實現水箱13特定規律的橫蕩運動。
[0019]結合圖3，在本發明中，LED平面光源14與水箱13固定在一起，與水箱13做同樣規律的橫蕩運動，保證運動過程中照明效果均勻、穩定，便於圖像採集；水箱13下部的滑塊5與高速攝像機20下部的滑塊16通過連杆15連在一起，使高速攝像機20與水箱13做同樣規律的橫蕩運動，保證運動過程中採集圖像的角度不變，便於後處理和分析。
【權利要求】
1.一種用於橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動採集系統，括實驗段驅動系統、供氣系統、實驗段和圖像自動採集系統，其特徵在於:實驗段驅動系統包括單軸運動控制器(I)、步進電機驅動器(2)、步進電機(3)、絲杆(4)、第一滑塊(5)、第一導軌(6)和第一支架(7);單軸運動控制器(I)將控制運動的速度、坐標信息傳遞給步進電機驅動器(2)，步進電機驅動器(2)根據速度、坐標參數決定向步進電機(3)的輸出電壓，控制步進電機(3)的轉速和方向；絲杆(4)與步進電機(3)的軸通過螺栓連接固定在一起，絲杆(4)、第一導軌(6)均通過螺栓連接固定在第一支架(7)上；第一滑塊(5)呈Ω型，與圓形截面的第一導軌(6)過盈配合在一起，每根導軌上有兩塊滑塊；供氣系統的包括氣泵(8)、流量調節閥(9)、玻璃轉子氣體流量計(10)和止回閥(11);氣體從氣泵(8)導出後先流經流量調節閥(9)，再流經玻璃轉子氣體流量計(10)和止回閥(11)，最後從氣孔(12)進入水箱(13);實驗段部分包括帶氣孔(12)的水箱(13);水箱(13)通過螺栓連接與絲杆(4)和第一滑塊(5)固定在一起，全部重量由第一導軌(6)支撐；步進電機(3)帶動絲杆(4)轉動,絲杆(4)的轉動帶動水箱(13)沿第一導軌(6)水平運動；圖像採集系統包括補光和攝像兩個子系統，補光系統包括LED平面光源(14)，後者主要包括連杆(15)、第二滑塊(16)、第二導軌(17)、第二支架(18)、計算機(19)和高速攝像機(20);平面光源(14)與水箱(13)通過螺栓連接固定在一起，隨著水箱(13) —起做水平方向的橫蕩運動，在運動過程中照明水箱；第二支架(18)與第一支架(7)尺寸相同，平行布置；第二滑塊(16)呈Ω型，與圓形截面的第二導軌(17)過盈配合在一起，每根導軌上有兩塊滑塊；高速攝像機(20)通過螺栓連接與第二滑塊(16)固定在一起，第二連杆(15)兩端分別與第一導軌(6)和第二導軌(17)焊接在一起，水箱(13)在水平方向的橫蕩運動通過第二連杆(15)傳遞給高速攝像機(20)，採集的圖像存儲在計算機(19)中。
【文檔編號】G01M10/00GK103940579SQ201410085407
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2014年3月11日
【發明者】譚思超, 付學寬, 宋禹林 申請人:哈爾濱工程大學