[發明專利]一種高速攝影條件下微米級別顆粒在撞擊壁面過程中的粒徑測量方法及測量裝置

在審

• 申請號: 202211352686.1
• 申請日: 2022-10-31
• 公開（公告）號: CN115683958A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 鄭志敏;孫麒超;丁柏鑫;邵藝群;門麗麗
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學;元寶山發電有限責任公司
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G03B39/00;G06T5/00;G06T7/136;G06T7/246
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 于婉萍

1.一種高速攝影條件下微米級別顆粒在撞擊壁面過程中的粒徑測量裝置，其特征在于：包括顆粒輸運裝置、撞擊平臺(6)、高速相機，所述顆粒輸運裝置內加工有第一通道(2)和第二通道(9)，其中，第一通道(2)供待測顆粒氣流(1)通過，第二通道(9)供標準顆粒氣流(10)通過，第一通道(2)和第二通道(9)的出料口端與給料噴嘴(3)相連，給料噴嘴(3)用于同時噴出標準顆粒(8)和待測顆粒(7)；所述撞擊平臺(6)設于給料噴嘴(3)正下方，撞擊平臺(6)上的撞擊壁面(5)和給料噴嘴(3)之間的距離為3～5mm，撞擊壁面(5)僅供待測顆粒(7)進行撞擊；所述高速相機用于連續拍攝標準顆粒(8)及待測顆粒(7)下落的過程。

2.根據權利要求1所述的一種高速攝影條件下微米級別顆粒在撞擊壁面過程中的粒徑測量裝置，其特征在于：所述顆粒輸運裝置加工為同心圓柱筒體結構，其中心處加工有第一通道(2)，沿第一通道(2)外部環向形成第二通道(9)；所述給料噴嘴(3)為漏斗型結構，其中心區域與第一通道(2)連通，邊緣區域與第二通道(9)連通。

3.根據權利要求1所述的一種高速攝影條件下微米級別顆粒在撞擊壁面過程中的粒徑測量裝置，其特征在于：所述給料噴嘴(3)出料口處，供標準顆粒噴出的端口內徑為D，標準顆粒氣流(10)的流量為Qs，供待測顆粒(7)噴出的端口內徑為Dt，，待測顆粒(7)噴出的端口壁厚為d，待測顆粒氣流(1)的流量為Qt：

4.根據權利要求1所述的一種高速攝影條件下微米級別顆粒在撞擊壁面過程中的粒徑測量裝置，其特征在于：所述撞擊壁面(5)的直徑D_f與撞擊平臺(6)的長度L_f的比值為1：(10～15)。

5.一種高速攝影條件下微米級別顆粒在撞擊壁面過程中的粒徑測量方法，其特征在于：使用權利要求1-4中任一項所述的測量裝置采集顆粒撞擊壁面前的圖像，并采用圖像處理技術對高速相機拍攝的圖片進行處理。

6.根據權利要求5所述的一種高速攝影條件下微米級別顆粒在撞擊壁面過程中的粒徑測量方法，其特征在于：其包括顆粒圖像粒徑的識別與待測顆粒(7)粒徑的估算。

7.根據權利要求6所述的一種高速攝影條件下微米級別顆粒在撞擊壁面過程中的粒徑測量方法，其特征在于：所述顆粒圖像粒徑的識別具體包括如下步驟：

步驟S1、按拍攝時序依次讀取由高速相機拍攝的圖片集，并將RGB圖像轉化為灰度圖，得到顆粒圖像灰度值的矩陣分布；

步驟S2、截取捕捉窗口，確保捕捉窗口內的背景灰度值分布均勻，無干擾物影像，使得顆粒圖像前景與背景之間有明顯對比度；

步驟S3、通過捕捉窗口判斷有無顆粒進入識別區域，區域內必須包含待測顆粒(7)和標準顆粒(8)，有顆粒進入識別區域則進行下一步，無顆粒進入識別區域則結束處理過程，輸出結果，自動讀取下一張圖片；

步驟S4、通過捕捉窗口，判定窗口內顆粒的位置是否合理，合理則進入下一步處理，否則結束處理過程；

步驟S5、對捕捉窗口進行亞像素處理，處理后再根據撞擊壁面(5)的直徑對被處理的圖像進行實際尺寸的標定；

步驟S6、在識別窗口的基礎上進一步截取出判讀窗口，判讀窗口中包含兩種顆粒的圖像；采用二值化閾值分割算法對待測顆粒(7)圖像進行處理，識別標準顆粒(8)及待測顆粒(7)的圖像粒徑大小；

步驟S7、輸出待測顆粒與標準顆粒圖像粒徑的結果，并存儲至信息庫中。

8.根據權利要求7所述的一種高速攝影條件下微米級別顆粒在撞擊壁面過程中的粒徑測量方法，其特征在于：步驟S6中，先對標準顆粒圖像采用不同的二值化處理算法獲取分割閾值，并針對各閾值將上述處理出的圖像粒徑結果分別與標準顆粒(8)的實際粒徑值做比較，遴選出其直徑最相近情況下所使用的二值化閾值分割算法，然后采取該閾值分割法對同一窗口中的待測顆粒(7)圖像進行處理，識別出待測顆粒(7)圖像粒徑大小。

9.根據權利要求5-8中任一項所述的一種高速攝影條件下微米級別顆粒在撞擊壁面過程中的粒徑測量方法，其特征在于：待測顆粒粒徑的估算方法如下：

步驟S1、讀取信息庫中標準顆粒(8)的粒徑信息；

步驟S2、計算某一標準顆粒圖像粒徑的平均數D_e，將標準顆粒(8)的真實粒徑D_s與D_e做商，得出二者的比值a；其中：

D₁，D₂，……D_n為標準顆粒(8)測得的各圖像粒徑，n該標準顆粒圖像數；

步驟S3、針對同一設計速度下，構建標準顆粒圖像粒徑D_e與比值a的曲線圖；

步驟S4、采用步驟S2的方法計算得出某一待測顆粒圖像粒徑的平均數D‘_e；

步驟S5、通過D_e-a圖與D‘_e計算得出該待測顆粒(7)的真實粒徑D‘_s，即D‘_s＝a*D‘_e。