[發明專利]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

有效

• 申請號: 201410085407.9
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103940579A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 譚思超;付學寬;宋禹林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于兩相流、氣泡動力學領域，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。

背景技術

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，影響因素較復雜；都不能準確揭示橫蕩條件對氣泡行為的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種研究工況范圍廣，圖像采集精度高，結果分析準確，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。

本發明的目的是這樣實現的：

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，括實驗段驅動系統、供氣系統、實驗段和圖像自動采集系統，實驗段驅動系統包括單軸運動控制器（1）、步進電機驅動器2、步進電機3、絲桿4、第一滑塊5、第一導軌6和第一支架7；單軸運動控制器1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；絲桿4與步進電機3的軸通過螺栓連接固定在一起，絲桿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導出后先流經流量調節閥9，再流經玻璃轉子氣體流量計10和止回閥11，最后從氣孔12進入水箱13；實驗段部分包括帶氣孔12的水箱13；水箱13通過螺栓連接與絲桿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帶動絲桿4轉動，絲桿4的轉動帶動水箱13沿第一導軌6水平運動；圖像采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，后者主要包括連桿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13一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，第二連桿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桿15傳遞給高速攝像機20，采集的圖像存儲在計算機19中。

本發明的有益效果在于：采用單軸運動控制器與步進電機驅動器、步進電機、絲桿、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桿的轉速，從而改變水箱橫向運動的振幅和周期。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；本發明中，在玻璃轉子氣體流量計下游、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，方便圖像的采集；本發明中，通過連桿、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，保持采集圖像的角度不變，方便后處理和分析。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構示意圖；

圖2為本發明的特定規律的橫蕩運動生成裝置示意圖；

圖3為本發明的補光及攝像裝置示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：