[發明專利]兩相管道視窗、測量系統、視圖獲取方法、三維重構方法及空泡率測量

有效

• 申請號: 201710551335.6
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107561044B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 黃力平;何振輝;王鎮銳
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/84;G01N21/85;G06T17/00;G06T15/08;G06T7/62;G06T7/11;G06T7/136;G06T7/00
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 廖曉霞;盧頌昇

1.一種用于兩相流體測量的管道視窗，其特征在于，包括橫截面觀察部、側面觀察部、入射垂切部，及貫穿橫截面觀察部、側面觀察部、入射垂切部的通道；

所述橫截面觀察部包括橫截面觀察面、第一反射鏡面及與所述通道相交的熒光面；所述第一反射鏡面與所述熒光面交接，所述橫截面觀察面與所述第一反射鏡面及所述熒光面交接；橫截面觀察面與第一反射鏡面夾角40°～50°；

所述側面觀察部包括側面觀察面、面光源平面及第二反射鏡面；所述側面觀察面、面光源平面、第二反射鏡面皆和與通道相交的連接面交接；所述連接面與所述橫截面觀察部連接；所述面光源平面與所述側面觀察面成85°～90°，所述第二反射鏡面與所述側面觀察面成40°～50°；

所述入射垂切部包括兩個第三反射鏡面、相連面及激光面；熒光面與入射垂切部相接；

所述第三反射鏡面分別與所述相連面交接且形成的角度相同，所述相連面與所述橫截面觀察面位于同一平面，所述激光面與所述相連面平行；所述第三反射鏡面分別與所述相連面的角度為110°～130°；

所述橫截面觀察面和側面觀察面位于同一平面，橫截面觀察面的圖像到橫截面觀察面的距離與第二反射鏡面反射得到的側面圖像到側面觀察面的距離相同；

橫截面觀察面、側面觀察面、第一反射鏡面、第二反射鏡面及第三反射鏡面均是平面。

2.根據權利要求1所述的用于兩相流體測量的管道視窗，其特征在于，

所述面光源平面與所述側面觀察面成90°，所述第二反射鏡面與所述側面觀察面成45°；所述橫截面觀察面與第一反射鏡面夾角45°，橫截面觀察面與熒光面垂直，第一反射鏡面與熒光面角度140°；

或/和所述橫截面觀察面上設有僅讓熒光波長光線通過的濾光片。

3.一種可同時觀察兩相流體流形和流體截面氣液分布的測量系統，其特征在于，包括權利要求1或2所述的管道視窗；還包括用于拍攝管道視窗的橫截面觀察面及側面觀察面的光學成像設備；用于向管道視窗的面光源平面照射面光源的第一光源和用于向管道視窗照射入激光的線性激光光源。

4.根據權利要求3所述的可同時觀察兩相流體流形和流體截面氣液分布的測量系統，其特征在于，所述第一光源為采用不含熒光波長、或該波長的光強遠弱于熒光光強的可見光光源。

5.一種兩相流視圖獲取方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將工質通入至權利要求1或2所述的管道視窗的通道里；

S2、所述工質含有熒光劑；向管道視窗的激光面照射入線性激光，激發工質中的熒光劑產生熒光；

S3、所述橫截面觀察面上設置有僅讓熒光波長光線通過的濾光片；將拍攝使用的鏡頭光軸垂直于所述側面觀察面；對管道視窗的橫截面觀察面進行拍攝，得到工質在通道內流動時的截面熒光圖。

6.根據權利要求5所述的兩相流視圖獲取方法，其特征在于，

步驟S2還包括向面光源入射面照射入可見光面光源；

步驟S3還包括對管道視窗的側面觀察面進行拍攝，得到工質在通道內流動時的兩個不同方向的側面圖。

7.一種兩相流形圖像處理的兩相流體的動態流形三維重構方法，其特征在于，包括以下步驟：

A1、實施權利要求5所述的兩相流視圖獲取方法；

A2、利用步驟A1得到的截面熒光圖通過圖像處理技術，建立工質流經通道時的情況的三維模型。

8.根據權利要求7所述的兩相流形圖像處理的兩相流體的動態流形三維重構方法，其特征在于，步驟A2中包括對管道內表面的液膜及氣液界面的大氣泡對光的反射和折射后的圖像進行圖像動態迭代修正。

9.一種兩相流體空泡率測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

a1、實施權利要求8所述的兩相流形圖像處理的兩相流體的動態流形三維重構方法；

a2、計算出截面空泡率：首先對通過圖像動態迭代修正后的截面熒光圖進行二值化閾值分割，然后統計該截面圖代表氣相工質的區域的面積，計算出該面積與管道截面積的比值即獲得兩相流的截面空泡率。

10.根據權利要求9所述的兩相流體空泡率測量方法，其特征在于，還包括步驟S5，計算平均體空泡率，在管道某一特定截面隨時間先后采集到若干工質的熒光截面圖，采集這些熒光截面圖用時為N，計算這些熒光截面圖的截面空泡率對于用時N的時間平均值即獲得平均體空泡率。