一種用于橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于兩相流、氣泡動力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種用于橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動采集系統(tǒng)。一種用于橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動采集系統(tǒng)，括實驗段驅(qū)動系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、實驗段和圖像自動采集系統(tǒng)。本發(fā)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】—種用于橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動采集系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于兩相流、氣泡動力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種用于橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣泡行為廣泛存在于船舶熱能動力裝置、船舶核動力裝置中，會影響系統(tǒng)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(jī)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(jìn)行研究具有重要的工程意義。目前，國內(nèi)外學(xué)者對氣泡行為進(jìn)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(jìn)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(yùn)動是橫向運(yùn)動與縱向運(yùn)動的疊加，影響因素較復(fù)雜；都不能準(zhǔn)確揭示橫蕩條件對氣泡行為的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種研究工況范圍廣，圖像采集精度高，結(jié)果分析準(zhǔn)確，而且成本低廉，搭建方便，操作簡單，的用于橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動采集系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0005]一種用于橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動采集系統(tǒng)，括實驗段驅(qū)動系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、實驗段和圖像自動采集系統(tǒng)，實驗段驅(qū)動系統(tǒng)包括單軸運(yùn)動控制器(I)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器2、步進(jìn)電機(jī)3、絲桿4、第一滑塊5、第一導(dǎo)軌6和第一支架7 ;單軸運(yùn)動控制器I將控制運(yùn)動的速度、坐標(biāo)信息傳遞給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器2，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器2根據(jù)速度、坐標(biāo)參數(shù)決定向步進(jìn)電機(jī)3的輸出電壓，控制步進(jìn)電機(jī)3的轉(zhuǎn)速和方向；絲桿4與步進(jìn)電機(jī)3的軸通過螺栓連接固定在一起，絲桿4、第一導(dǎo)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(dǎo)軌6過盈配合在一起，每根導(dǎo)軌上有兩塊滑塊；供氣系統(tǒng)的包括氣泵8、流量調(diào)節(jié)閥9、玻璃轉(zhuǎn)子氣體流量計10和止回閥11 ;氣體從氣泵8導(dǎo)出后先流經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥9，再流經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子氣體流量計10和止回閥11，最后從氣孔12進(jìn)入水箱13 ;實驗段部分包括帶氣孔12的水箱13 ;水箱13通過螺栓連接與絲桿4和第一滑塊5固定在一起，全部重量由第一導(dǎo)軌6支撐；步進(jìn)電機(jī)3帶動絲桿4轉(zhuǎn)動，絲桿4的轉(zhuǎn)動帶動水箱13沿第一導(dǎo)軌6水平運(yùn)動；圖像采集系統(tǒng)包括補(bǔ)光和攝像兩個子系統(tǒng)，補(bǔ)光系統(tǒng)包括LED平面光源14，后者主要包括連桿15、第二滑塊16、第二導(dǎo)軌17、第二支架18、計算機(jī)19和高速攝像機(jī)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(yùn)動，在運(yùn)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(dǎo)軌17過盈配合在一起，每根導(dǎo)軌上有兩塊滑塊；高速攝像機(jī)20通過螺栓連接與第二滑塊16固定在一起，第二連桿15兩端分別與第一導(dǎo)軌6和第二導(dǎo)軌17焊接在一起，水箱13在水平方向的橫蕩運(yùn)動通過第二連桿15傳遞給高速攝像機(jī)20，采集的圖像存儲在計算機(jī)19中。
[0006]本發(fā)明的有益效果在于:采用單軸運(yùn)動控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)、絲桿、滑塊、導(dǎo)軌結(jié)合的方法，來實現(xiàn)水箱特定規(guī)律的橫蕩運(yùn)動。通過改變控制面板參數(shù)，就可以改變電動機(jī)和絲桿的轉(zhuǎn)速，從而改變水箱橫向運(yùn)動的振幅和周期。采用這種方法，可以模擬多種橫蕩工況，操作方便、快捷，而且成本低廉；本發(fā)明中，在玻璃轉(zhuǎn)子氣體流量計下游、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(fā)明中，將一塊LED平面光源與水箱固定在一起，實現(xiàn)LED平面光源與水箱同樣規(guī)律的橫蕩運(yùn)動，保持為高速攝像機(jī)補(bǔ)光的角度不變，方便圖像的采集；本發(fā)明中，通過連桿、滑塊與導(dǎo)軌帶動高速攝像機(jī)，實現(xiàn)高速攝像機(jī)與水箱同樣規(guī)律的橫蕩運(yùn)動，保持采集圖像的角度不變，方便后處理和分析。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2為本發(fā)明的特定規(guī)律的橫蕩運(yùn)動生成裝置示意圖；
[0009]圖3為本發(fā)明的補(bǔ)光及攝像裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0011]本發(fā)明是一種用于橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動采集系統(tǒng)，其特征是:本系統(tǒng)包括實驗段驅(qū)動系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、實驗段和圖像自動采集系統(tǒng)四個部分。實驗段驅(qū)動系統(tǒng)的主要設(shè)備包括單軸運(yùn)動控制器(I臺)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(I臺)、步進(jìn)電機(jī)(I臺)、絲桿(I根)、滑塊(4塊)、導(dǎo)軌(2根)和支架(I臺);供氣系統(tǒng)的主要設(shè)備有氣泵(I臺)、流量調(diào)節(jié)閥(I個)、玻璃轉(zhuǎn)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);圖像采集系統(tǒng)包括補(bǔ)光和攝像兩個子系統(tǒng)，前者主要包括LED平面光源(I塊)，后者主要包括連桿(2根)、滑塊(4塊)、導(dǎo)軌(2根)、支架(I臺)、計算機(jī)(I臺)和高速攝像機(jī)(I 臺)。
[0012]本發(fā)明還可以包括:
[0013]1、在實驗段驅(qū)動系統(tǒng)中，采用單軸運(yùn)動控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)、絲桿、滑塊、導(dǎo)軌結(jié)合的方法，實現(xiàn)水箱特定規(guī)律的橫蕩運(yùn)動。
[0014]2、在供氣系統(tǒng)中，玻璃轉(zhuǎn)子氣體流量計下游、氣孔下部安裝有一個止回閥。
[0015]3、在圖像自動采集系統(tǒng)中，通過將一塊LED平面光源與水箱固定在一起，實現(xiàn)平面光源與水箱同樣規(guī)律的橫蕩運(yùn)動。
[0016]4、在圖像自動米集系統(tǒng)中，通過連桿、滑塊與導(dǎo)軌帶動聞速攝像機(jī)，實現(xiàn)聞速攝像機(jī)與水箱同樣規(guī)律的橫蕩運(yùn)動。
[0017]結(jié)合圖1，本系統(tǒng)包括實驗段驅(qū)動系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、實驗段和圖像自動采集系統(tǒng)四個部分。其中，實驗段驅(qū)動系統(tǒng)主要包括單軸運(yùn)動控制器1、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器2、步進(jìn)電機(jī)3、絲桿4、滑塊5、導(dǎo)軌6和支架7 ;單軸運(yùn)動控制器I將控制運(yùn)動的速度、坐標(biāo)等信息傳遞給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器2，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器2根據(jù)速度、坐標(biāo)等參數(shù)決定向步進(jìn)電機(jī)3的輸出電壓，從而控制步進(jìn)電機(jī)3的轉(zhuǎn)速和方向；絲桿4與步進(jìn)電機(jī)3的軸通過螺栓連接固定在一起,絲桿
4、導(dǎo)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(dǎo)軌6過盈配合在一起，每根導(dǎo)軌上有兩塊滑塊。供氣系統(tǒng)的主要設(shè)備有氣泵8、流量調(diào)節(jié)閥9、玻璃轉(zhuǎn)子氣體流量計10和止回閥11 ;氣體從氣泵8出來后先流經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥9，再流經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子氣體流量計10和止回閥11，最后從氣孔12進(jìn)入水箱13。實驗段部分主要包括帶氣孔12的水箱13 ;水箱13通過螺栓連接與絲桿4和滑塊5固定在一起，全部重量由導(dǎo)軌6支撐；步進(jìn)電機(jī)3帶動絲桿4轉(zhuǎn)動，絲桿4的轉(zhuǎn)動帶動水箱13沿導(dǎo)軌6水平運(yùn)動。圖像采集系統(tǒng)包括補(bǔ)光和攝像兩個子系統(tǒng)，前者主要包括LED平面光源14，后者主要包括連桿15、滑塊16、導(dǎo)軌17、支架18、計算機(jī)19和高速攝像機(jī)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(yùn)動，在運(yùn)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(dǎo)軌17過盈配合在一起，每根導(dǎo)軌上有兩塊滑塊；高速攝像機(jī)20通過螺栓連接與滑塊16固定在一起，連桿15兩端分別與導(dǎo)軌6和導(dǎo)軌17焊接在一起，水箱13在水平方向的橫蕩運(yùn)動通過連桿15傳遞給高速攝像機(jī)20，采集的圖像存儲在計算機(jī)19中。
[0018]結(jié)合圖2，在本發(fā)明中，按照所要研究的橫蕩運(yùn)動規(guī)律，在單軸運(yùn)動控制器I中輸入坐標(biāo)與速度參數(shù)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器2根據(jù)上述參數(shù)決定向步進(jìn)電機(jī)3的供電電壓，從而控制步進(jìn)電機(jī)3和絲桿4的轉(zhuǎn)動方向與轉(zhuǎn)動速度，由此實現(xiàn)水箱13特定規(guī)律的橫蕩運(yùn)動。
[0019]結(jié)合圖3，在本發(fā)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(guī)律的橫蕩運(yùn)動，保證運(yùn)動過程中照明效果均勻、穩(wěn)定，便于圖像采集；水箱13下部的滑塊5與高速攝像機(jī)20下部的滑塊16通過連桿15連在一起，使高速攝像機(jī)20與水箱13做同樣規(guī)律的橫蕩運(yùn)動，保證運(yùn)動過程中采集圖像的角度不變，便于后處理和分析。
【權(quán)利要求】
1.一種用于橫蕩條件下氣泡行為研究的實驗及圖像自動采集系統(tǒng)，括實驗段驅(qū)動系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、實驗段和圖像自動采集系統(tǒng)，其特征在于:實驗段驅(qū)動系統(tǒng)包括單軸運(yùn)動控制器(I)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(2)、步進(jìn)電機(jī)(3)、絲桿(4)、第一滑塊(5)、第一導(dǎo)軌(6)和第一支架(7);單軸運(yùn)動控制器(I)將控制運(yùn)動的速度、坐標(biāo)信息傳遞給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(2)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(2)根據(jù)速度、坐標(biāo)參數(shù)決定向步進(jìn)電機(jī)(3)的輸出電壓，控制步進(jìn)電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速和方向；絲桿(4)與步進(jìn)電機(jī)(3)的軸通過螺栓連接固定在一起，絲桿(4)、第一導(dǎo)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(dǎo)軌(6)過盈配合在一起，每根導(dǎo)軌上有兩塊滑塊；供氣系統(tǒng)的包括氣泵(8)、流量調(diào)節(jié)閥(9)、玻璃轉(zhuǎn)子氣體流量計(10)和止回閥(11);氣體從氣泵(8)導(dǎo)出后先流經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥(9)，再流經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子氣體流量計(10)和止回閥(11)，最后從氣孔(12)進(jìn)入水箱(13);實驗段部分包括帶氣孔(12)的水箱(13);水箱(13)通過螺栓連接與絲桿(4)和第一滑塊(5)固定在一起，全部重量由第一導(dǎo)軌(6)支撐；步進(jìn)電機(jī)(3)帶動絲桿(4)轉(zhuǎn)動,絲桿(4)的轉(zhuǎn)動帶動水箱(13)沿第一導(dǎo)軌(6)水平運(yùn)動；圖像采集系統(tǒng)包括補(bǔ)光和攝像兩個子系統(tǒng)，補(bǔ)光系統(tǒng)包括LED平面光源(14)，后者主要包括連桿(15)、第二滑塊(16)、第二導(dǎo)軌(17)、第二支架(18)、計算機(jī)(19)和高速攝像機(jī)(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(yùn)動，在運(yùn)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(dǎo)軌(17)過盈配合在一起，每根導(dǎo)軌上有兩塊滑塊；高速攝像機(jī)(20)通過螺栓連接與第二滑塊(16)固定在一起，第二連桿(15)兩端分別與第一導(dǎo)軌(6)和第二導(dǎo)軌(17)焊接在一起，水箱(13)在水平方向的橫蕩運(yùn)動通過第二連桿(15)傳遞給高速攝像機(jī)(20)，采集的圖像存儲在計算機(jī)(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(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】譚思超, 付學(xué)寬, 宋禹林 申請人:哈爾濱工程大學(xué)