本發(fā)明涉及一種光學系統(tǒng)，尤其涉及一種測量管流中跨粒徑尺度顆粒級配及其分布的光學系統(tǒng)，屬于粗顆粒物料管道水力輸送技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

因為環(huán)保和資源高效利用的需求，含粗顆粒物料的管道水力輸送得到廣泛應用。許多工程在輸送之前需要將大塊物料進行破碎，這樣就會導致非均勻粗顆粒的產(chǎn)生。而粗顆粒運動狀態(tài)圖像包含了顆粒多種特征信息，是描述粗顆粒運動特征的重要信息來源。固液兩相流體中很多疑難問題的突破都取決于顆粒運動狀態(tài)檢測技術(shù)的發(fā)展，尤其是針對非均勻粗顆粒的檢測技術(shù)。

目前使用最廣泛的顆粒流測量技術(shù)是piv(particleimagevelocimetry)技術(shù)，又稱粒子圖像測速法。piv技術(shù)是在流動顯示和計算機圖像處理技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的一種二維無擾動流場測試技術(shù)，既可進行單點的測量，又可獲得整個流場的瞬時圖像，已經(jīng)應用在包括渦流、湍流在內(nèi)的各種復雜的流動測量中?；趐iv技術(shù)的測量原理，約翰-塔克等人公開了一種可測量多個設備段和不同粒度范圍的顆粒監(jiān)測器，但此監(jiān)測器不能同時監(jiān)測同一個位置不同粒度范圍的顆粒運行情況。經(jīng)過檢索查詢，還未發(fā)現(xiàn)對同一個管道斷面使用雙相機來監(jiān)測不同粒度范圍顆粒的文獻報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種測量管流中跨粒徑尺度顆粒級配及其分布的光學系統(tǒng)。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種測量管流中跨粒徑尺度顆粒級配及其分布的光學系統(tǒng)，包括擋光箱，它還包括激光器、普通光學鏡頭相機、微距鏡頭相機；擋光箱中水平貫穿設置有待測透明玻璃管；擋光箱內(nèi)分別固定設置有普通光學鏡頭相機、微距鏡頭相機；普通光學鏡頭相機、微距鏡頭相機對稱設置于待測透明玻璃管的兩側(cè)；

擋光箱的前側(cè)壁上對稱設置有兩個與水平面呈45°夾角的平面鏡；待測透明玻璃管的正上端開設有激光入射孔；激光入射孔的上方固定設置有激光器；待測透明玻璃管的水平兩側(cè)均設置有觀察視窗，普通光學鏡頭相機和微距鏡頭相機的視野中心經(jīng)平面鏡反射后與觀察視窗的中心處于同一水平線上。

普通光學鏡頭相機用于捕獲1～10mm粒徑范圍的顆粒；微距鏡頭相機用于捕獲0.1～1mm粒徑范圍的顆粒。

當顆粒運行速度過大時，將普通光學鏡頭相機和微距鏡頭相機采用piv專用的高速ccd相機進行替換，防止顆粒拖影現(xiàn)象嚴重，難以分辨顆粒形態(tài)。

待測透明玻璃管為壁厚5mm的高強度有機玻璃管；觀察視窗所在的待測透明玻璃管的厚度為3mm。

待測透明玻璃管為方形，玻璃管的內(nèi)徑與觀察視窗的邊長相等。

激光器發(fā)出的光為線光柱，光柱厚度為3mm。

本發(fā)明采用雙相機對管道斷面同時進行拍攝，解決了單一鏡頭拍攝粒徑范圍有限的問題；對流場本身無擾動作用，測量結(jié)果精準；結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，可操作性較強；體積較小、節(jié)省安裝空間；可廣泛應用于管道斷面圖像的獲取，從而便于測量管流中跨粒徑尺度顆粒級配及其分布。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的主視面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的俯視圖。

圖3為圖1的右視圖。

圖中：1、普通光學鏡頭相機；2、微距鏡頭相機；3、激光器；4、待測透明玻璃管；5、觀察視窗；6、平面鏡；7、擋光箱；8、激光入射孔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

如圖1～3所示，本發(fā)明包括擋光箱7，它還包括激光器3、普通光學鏡頭相機1、微距鏡頭相機2；擋光箱7中水平貫穿設置有待測透明玻璃管4，粗顆粒物料通過待測透明玻璃管4進行輸送；擋光箱7內(nèi)分別固定設置有普通光學鏡頭相機1、微距鏡頭相機2；普通光學鏡頭相機1、微距鏡頭相機2對稱設置于待測透明玻璃管4的兩側(cè)；

擋光箱7的前側(cè)壁上對稱設置有兩個與水平面呈45°夾角的平面鏡6，該平面鏡6與其它側(cè)壁之間的夾角均為135°；普通光學鏡頭相機1、微距鏡頭相機2通過平面鏡6對準待測透明玻璃管4水平兩側(cè)的觀察視窗5；普通光學鏡頭相機1和微距鏡頭相機2的視野中心經(jīng)平面鏡6反射后與觀察視窗5的中心處于同一水平線上。待測透明玻璃管4的正上端開設有激光入射孔8；激光入射孔8的上方固定設置有激光器3，激光器3通過激光入射孔8對準兩個觀察視窗5之間的管道；

普通光學鏡頭相機1可捕獲1～10mm粒徑范圍的顆粒；微距鏡頭相機2可捕獲0.1～1mm粒徑范圍的顆粒。當顆粒運行速度過大時，可將普通光學鏡頭相機1和微距鏡頭相機2采用piv專用的高速ccd相機進行替換，防止顆粒拖影現(xiàn)象嚴重，難以分辨顆粒形態(tài)。

待測透明玻璃管4為壁厚5mm的高強度有機玻璃管；為了便于觀察，觀察視窗5所在的待測透明玻璃管4的厚度為3mm。

待測透明玻璃管4為方形，玻璃管的內(nèi)徑與觀察視窗5的邊長相等。

激光器3發(fā)出的光為線光柱，光柱厚度為3mm。

本發(fā)明的具體使用方法為：將普通光學鏡頭相機1和微距鏡頭相機2安裝在待測透明玻璃管4的兩側(cè)，將激光器3安裝在兩個觀察視窗5的正上方，啟動激光器3使線光柱正好通過激光入射孔8進入管道內(nèi)。蓋上擋光箱7，可做微小的位置調(diào)整使普通光學鏡頭相機1和微距鏡頭相機2的視野中心及觀察視窗5的中心經(jīng)平面鏡6反射后在同一水平線上。通過控制外部試驗系統(tǒng)，使顆粒在管道中運行穩(wěn)定后，即可控制普通光學鏡頭相機和微距鏡頭相機開始拍攝工作。

本發(fā)明借助piv測量技術(shù)的原理，采用雙相機對管道斷面同時進行拍攝，可有效實現(xiàn)跨顆粒粒徑尺度拍攝，從而便于測量管流中跨粒徑尺度顆粒級配及其分布；本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢：

1、拍攝視場較大，解決了單一鏡頭拍攝粒徑范圍有限的問題，實現(xiàn)了對管流中跨粒徑尺度顆粒的測量；

2、對流場本身無擾動作用；

3、結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，可操作性較強。

上述實施方式并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)方案范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也均屬于本發(fā)明的保護范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種測量管流中跨粒徑尺度顆粒級配及其分布的光學系統(tǒng)，包括擋光箱、激光器、普通光學鏡頭相機、微距鏡頭相機；擋光箱中水平貫穿設置有待測透明玻璃管；普通光學鏡頭相機、微距鏡頭相機對稱設置于待測透明玻璃管的兩側(cè)；擋光箱的前側(cè)壁上對稱設置有與水平面呈45°夾角的平面鏡；待測透明玻璃管的正上端開設有激光入射孔；激光入射孔的上方固定設置有激光器；待測透明玻璃管的水平兩側(cè)均設置有觀察視窗，普通光學鏡頭相機和微距鏡頭相機的視野中心經(jīng)平面鏡反射后與觀察視窗的中心處于同一水平線上。本發(fā)明解決了單一鏡頭拍攝粒徑范圍有限的問題；測量結(jié)果精準、可操作性較強，可廣泛應用于管道斷面圖像的獲取。

技術(shù)研發(fā)人員：廖帥;夏建新;曹斌;任華堂
受保護的技術(shù)使用者：中央民族大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.14
技術(shù)公布日：2017.08.25