專利名稱：煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的微觀表征方法及其捕集拍攝裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煙氣氣溶膠微觀研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的微觀表征方法及其專用的捕集拍攝裝置。
背景技術(shù)：
在日常生活中，人們會不可避免的接觸到各種煙氣氣溶膠，如汽車尾氣、工廠廢氣、烹飪煙氣、卷煙煙氣等燃燒物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的排放物。目前，顆粒物污染問題日益嚴(yán)重，其中PMlO顆粒物易被吸入人體呼吸道，PM2.5顆粒物則能進(jìn)一步進(jìn)入人體，已成為影響城市居民健康的重要因素之一
纖維過濾是有效控制煙氣氣溶膠對環(huán)境污染的有效方式之一，各種形式的纖維除塵器在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。纖維吸附是纖維介質(zhì)材料過濾煙氣顆粒物的主要方式，如何提高纖維吸附效率和單纖維吸附量，是有效提高煙氣過濾效率和提高過濾器使用壽命的關(guān)鍵。有研究指出顆粒物在纖維表面的富集過程和形態(tài)將會對后續(xù)顆粒捕集產(chǎn)生較大影響，獲得顆粒物在被單纖維絲捕集時不同階段所形成的不同累積形態(tài)，這些結(jié)果有助于理解纖維過濾過程。對于煙氣氣溶膠顆粒物如烹飪油煙、卷煙煙氣等氣溶膠，由于顆粒粘性較強(qiáng)，顆粒富集在纖維表面后顆粒相互作用時形狀易變形，獲得不同時刻顆粒在纖維表面的富集狀態(tài)，對于深入理解纖維捕集煙氣氣溶膠顆粒物的微觀機(jī)理將有重要作用，對于研究如何提高纖維吸附效率或者開發(fā)新型纖維材料有重要指導(dǎo)作用，而目前在這方面缺乏有效的表征方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是基于上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而提出一種煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的微觀表征方法。本方法借助于開發(fā)的一套煙氣顆粒纖維吸附微觀觀測裝置，通過圖像采集及圖像處理技術(shù)的運(yùn)用，可實(shí)現(xiàn)煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面連續(xù)累積過程的微觀表征，從而有助于對纖維捕集的深入認(rèn)識，同時也為新型纖維的開發(fā)提供評價手段。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的微觀表征方法，是利用光學(xué)顯微鏡對設(shè)置在煙氣通道中的纖維絲捕集氣溶膠顆粒物過程進(jìn)行圖像采集，然后進(jìn)行圖像處理，從而得到煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累計的微觀過程。所述圖像處理包括濾光處理、像素統(tǒng)計和圖像二值化處理。適用于煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的捕集拍攝裝置，包括煙氣通道、開設(shè)在煙氣通道上的觀測窗口和設(shè)置在觀測窗口上方的帶有CXD攝像機(jī)的顯微鏡，在正對于觀測窗口的煙氣通道中設(shè)置有夾持有纖維絲的支架，煙氣通道的一端連接有喇叭形煙氣收集口，另一端依次連接有過濾器、流量計和真空泵。
所述煙氣通道前段接有喇叭形煙氣收集口，用于收集煙氣氣溶膠。煙氣管道的截面為矩形，矩形結(jié)構(gòu)有利于通道內(nèi)部形成層流區(qū)，利于煙氣濃度的穩(wěn)定，同時也便于在通道內(nèi)布置纖維支架和上部設(shè)置觀測窗口。夾持有纖維絲的支架為卡裝式，放置后采用蓋玻片密封，纖維絲的纖度可根據(jù)需要進(jìn)行更換，煙氣氣溶膠顆粒物濃度以及氣流量均可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同條件下對細(xì)微吸附顆粒的微觀過程進(jìn)行研究。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:通過在已建立的煙氣過濾通道內(nèi)部放置纖維絲，通入一定濃度、速度的煙氣氣溶膠，利用配置有CCD攝像機(jī)的顯微鏡對纖維捕集顆粒部分進(jìn)行圖像采集，然后進(jìn)行圖像二值化處理，從而得到煙氣氣溶膠態(tài)顆粒物在纖維絲表面累積的微觀過程。本發(fā)明借助于開發(fā)的一套煙氣顆粒纖維吸附微觀觀測裝置，通過圖像采集及圖像處理技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面連續(xù)累積過程的微觀表征，從而有助于對纖維捕集的深入認(rèn)識，同時也為新型纖維的開發(fā)提供評價手段。


圖1為本發(fā)明的捕集拍攝裝置結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為煙氣收集端為放大圖
圖3為管道放置纖維絲處放大圖 圖4為夾持有纖維絲的支架
圖1-4中標(biāo)號:1.煙氣收集口；2.煙氣通道；3.纖維絲放置觀測窗口；4.過濾器；
5.流量計；6.真空泵；7.光學(xué)顯微鏡；8.CXD攝像機(jī)；9.計算機(jī)，10.夾持有纖維絲的支架。圖5單纖維絲捕集顆粒圖片
圖6單纖維絲捕集顆粒濾光處理圖片 圖7單纖維絲捕集顆粒二值化圖像
圖8顆粒物在不同規(guī)格單纖維絲表面的覆蓋率與捕集時間關(guān)系圖5-8中:h為未捕集顆粒物時刻的空白圖片，^至^所為每間隔相同時間所得纖維絲捕集顆粒物圖片
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以下結(jié)合附圖做進(jìn)一步描述:
如圖1-4所示:本發(fā)明的捕集拍攝裝置，包括煙氣通道2、開設(shè)在煙氣通道上的觀放置測窗口 3和設(shè)置在該窗口上方的帶有CXD攝像機(jī)的顯微鏡，在正對于觀測窗口的煙氣通道中設(shè)置有夾持有纖維絲的支架10，煙氣通道2的一端連接有喇叭形煙氣收集口 1，另一端依次連接有過濾器4、流量計5和真空泵6。煙氣通道2采用法蘭連接的兩段管道，觀測窗口位于法蘭后端，便于管道拆開后清理。圖中顯示喇叭形煙氣收集口通過一 90°的彎頭與煙氣通道相連接，但不限定為90°彎頭，圖中彎頭僅為方便布置用。本發(fā)明的主要工作過程如下:
煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的微觀表征方法 第一步:獲得纖維絲捕集煙氣氣溶膠顆粒物的圖片
如附圖1所示，對于連接好的管路，將夾持有纖維絲的支架10從窗口處放入通道中，打開真空泵6進(jìn)行抽吸，結(jié)合質(zhì)量流量計5調(diào)節(jié)合適的流量，然后將放置了支架的窗口 3用蓋玻片密封，調(diào)節(jié)顯微鏡7找到纖維絲上的觀測位點(diǎn)，調(diào)節(jié)至所需放大倍率，在煙氣收集口 I放置煙氣氣溶膠顆粒源，經(jīng)由CCD攝像機(jī)8拍攝圖片，所拍圖片存至計算機(jī)9，圖5所示為對纖維絲上所選位點(diǎn)拍攝的一組圖片，圖片第一張為空白對照樣，以后每間隔相同時間對同一位點(diǎn)拍攝一次，拍攝時外部條件保持不變。第二步:采用圖像二值化的方法對煙氣氣溶膠顆粒物的累積過程進(jìn)行表征
對所得的一系列圖片進(jìn)濾光處理，主要是除去背景顏色對圖像二值化后產(chǎn)生的噪聲影響，這樣就可以先得到濾光處理后的灰度圖片，如圖6 ;通過對第一張空白圖片閾值的選定，確定這一系列圖片所對應(yīng)的閾值，在所選的閾值下對圖片進(jìn)行二值化處理，得到煙氣氣溶膠顆粒物隨時間在纖維絲上累積過程的圖像，如圖7 ;通過統(tǒng)計每幅圖片上黑點(diǎn)所占的像素以及圖片上單根纖維絲所占的像素，得到單位面積纖維絲表面顆粒物所覆蓋的面積，可定量得出顆粒物在單絲表面覆蓋率曲線圖(如圖8所示)。
權(quán)利要求
1.一種煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的微觀表征方法，其特征在于:是利用光學(xué)顯微鏡對設(shè)置在煙氣通道中的纖維絲捕集氣溶膠顆粒物過程進(jìn)行圖像采集，然后進(jìn)行圖像處理，從而得到煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累計的微觀過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的微觀表征方法，其特征在于:所述圖像處理包括濾光處理、像素統(tǒng)計和圖像二值化處理。
3.一種用于煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的捕集拍攝裝置，其特征在于:包括煙氣通道、開設(shè)在煙氣通道上的觀測窗口和設(shè)置在觀測窗口上方的帶有CXD攝像機(jī)的顯微鏡，在正對于觀測窗口的煙氣通道中設(shè)置有夾持有纖維絲的支架，煙氣通道的一端連接有喇叭形煙氣收集口，另一端依次連接有過濾器、流量計和真空泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的捕集拍攝裝置，其特征在于:煙氣通道前段為喇叭形煙氣收集口。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的捕集拍攝裝置，其特征在于:煙氣管道的截面為矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的捕集拍攝裝置，其特征在于:夾持有纖維絲的支架為卡裝式，放置后采用蓋玻片密封。
全文摘要
一種煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累積過程的微觀表征方法，其特征在于利用顯微鏡對設(shè)置在煙氣通道中的纖維絲捕集氣溶膠顆粒物過程進(jìn)行圖像采集，然后進(jìn)行圖像處理，從而得到氣溶膠顆粒物在纖維絲表面累計的微觀過程。所用的捕集拍攝裝置包括煙氣通道、開設(shè)在通道上的觀測窗口和帶有CCD攝像機(jī)的顯微鏡，在通道中設(shè)置有夾持有纖維絲的支架，煙氣通道的一端連接有煙氣收集口，另一端依次連接有過濾器、流量計和真空泵。本方法借助于開發(fā)的一套煙氣顆粒纖維吸附微觀觀測裝置，通過圖像采集及圖像處理技術(shù)的運(yùn)用，可實(shí)現(xiàn)煙氣氣溶膠顆粒物在纖維絲表面連續(xù)累積過程的微觀表征，從而有助于對纖維捕集的深入認(rèn)識，同時也為新型纖維的開發(fā)提供評價手段。
文檔編號G01N21/84GK103196912SQ20131012100
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者魯端峰, 務(wù)文濤, 朱文魁, 常紀(jì)恒, 于川芳, 金躍平 申請人:中國煙草總公司鄭州煙草研究院