一种大范围多点流体浓度测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多点浓度流体测量系统，包括激光子系统、图像采集子系统、图像分析子系统和率定系统，其中激光子系统内包括用于在流场中精确测量示踪物质的荧光剂，以及根据荧光剂的类型与其吸收/发射光谱特征相适应的连续激光器，连续激光扫描系统用于控制激光照射点位置，控制脉冲能量和重复速率、扫描点阵的数量和分布。激光被扫描到二维测量平面，激发水中的荧光示踪物质，由配备长通滤光镜的相机抓取荧光物质释放出来的荧光强度，通过相关算法可以精确的测量特定点的荧光物质浓度。本发明专利技术使得安装设备的用时更短，可倾斜测量，无扰动且布设简洁，可一次性地测量大范围浓度分布，且不会对流体产生扰动和影响，获取数据更为简易和快捷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种流体测量系统，尤其涉及一种大范围多点流体浓度测量系统。
技术介绍
PLIF (Planar Laser Induced Fluorescence)原理指的是利用激光将特定分子由 电子基态激发至激发态，稍后测量分子由电子激发态持续放出的光子，激光的波长通过分 子的吸收谱带，就可以把荧光强度描绘成激发激光波长的函数，得到激发光谱。从荧光光谱 的强弱，可得知粒子的浓度以及温度；利用其空间分辨性还可以测量粒子的空间浓度/温 度分布。但是在现有技术中，传统的PLIF只能测量小范围平面浓度分布，单点测量传感器 只能通过接触单点获取浓度值，或者需要通过测桥布设很多探头，导致了测量效率低下且 测量成本高，已经不能满足人们的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大范围多点流体浓度测量系统，通过光学方式可一次 性测量大范围浓度分布，解决现有技术存在的缺憾。 本专利技术采用如下技术方案实现： 一种大范围多点流体浓度测量系统，其特征在于，包括激光子系统、图像采集子系统、 图像分析子系统和率定系统，其中： 所述激光子系统内包括用于在流场中精确测量示踪物质的荧光剂，以及根据荧光剂的 类型与其吸收/发射光谱特征相适应的连续激光器，还包括连续激光扫描系统，所述连续 激光扫描系统用于控制激光照射点位置，控制脉冲能量和重复速率、扫描点阵的数量和分 布； 所述图像采集子系统内包括一个或多个设置有CCD/CM0S的高分辨率的工业相机，该 工业相机可由外部触发或由软件触发，所述工业相机由微控制器进行控制采集，工业相机 架设在明渠水槽/试验模型的上方用于采集记录激光投射处的荧光图像，在CCD/CM0S相机 感光芯片上前置有长通滤光镜，长通滤光镜的作用是阻隔溶液中其他不溶性物质对激光的 反射，根据视场尺寸和布设条件定焦；CCD (Charge-coupled Device)即电荷親合元件，也 称为CCD图像传感器或图像控制器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信 号。CCD广泛应用于数码摄影尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜和高速摄影技术。 所述图像分析子系统包括一个通过微控制器进行远程控制的计算机，计算机内设 置有大范围浓度场测量软件； 所述率定系统内设置有率定水槽，遮光系统，示踪精确滴定系统。 进一步的，所述荧光剂为荧光素二钠盐。 进一步的，所述长通滤光镜为500-600nm长通滤光镜。 进一步的，所述图像采集子系统内设置有wifi/3G/4G/ZigBee，用于进行无线控制 和数据传输。 进一步的，所述工业相机的采集频率为10-100FPS，每帧的曝光时间为l-100ms。 本专利技术是基于现代激光技术、荧光技术和图像处理技术的大范围非接触式测量系 统。激光通过三维振镜扫描到二维测量平面，激发水中的荧光示踪物质，由配备长通滤光镜 的相机抓取荧光物质释放出来的荧光强度，通过相关算法可以精确的测量特定点的荧光物 质浓度。相较其他方法，多点浓度测量系统的非接触式特征使得安装设备的用时更短，无扰 动且布设简洁，可一次性地测量大范围浓度分布，且不会对流体产生扰动和影响，获取数据 更为简易和快捷。【附图说明】 图1是荧光素二钠盐溶液的吸收/释放光谱图。 图2是通过激光投射点的RhodamineWT浓度时间序列曲线。【具体实施方式】 通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本专利技术，但不能也不应当将申 请人所给出的具体的实施例视为对本专利技术技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义 进行改变和/或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本专利技术的技术方案所限定 的保护范围。 本专利技术基于 PLIF (Planar Laser Induced Fluorescence)原理，利用激光将特定 分子由电子基态激发至激发态，稍后测量分子由电子激发态持续放出的光子，激光的波长 通过分子的吸收谱带，就可以把荧光强度描绘成激发激光波长的函数，进而得到激发光谱。 从荧光光谱的强弱可得知粒子的浓度以及温度；利用其空间分辨性还可以测量粒子的空间 浓度/温度分布。 -种多点浓度流体测量系统，包括激光子系统、图像采集子系统、图像分析子系统 和率定系统，其中：激光子系统内包括用于在流场中精确测量示踪物质的荧光剂，以及根据 荧光剂的类型与其吸收/发射光谱特征相适应的连续激光器，还包括连续激光扫描系统， 连续激光扫描系统用于控制控制激光照射点位置，控制脉冲能量和重复速率、扫描点阵的 数量和分布。在本实施例中，荧光剂优选为荧光素二钠盐（Fluorescein)溶液，荧光素二 钠盐溶液的吸收释放光谱图如图1所示，其峰值吸收波长为480nm，而荧光释放峰值波长为 520nm。PLIF系统可采用450nm、2W连续半导体激光器来激发荧光溶液。 荧光剂在激光激发下会产生荧光，荧光强度和激光强度、荧光剂浓度等相关，根据 Beer-Lambert 方程：其中Itl为激光强度，If为荧光强度，A为荧光剂浓度。据此可知在其他参数固定的情 况下，荧光强度和荧光剂浓度成正比，测量荧光强度可以反映染色液浓度。 图像采集子系统内包括一个设置有C⑶的高分辨率的工业相机，工业相机的采集 频率为30FPS，每帧的曝光时间为10ms。该工业相机可由外部触发或由软件触发，工业相 机由微控制器进行控制采集，工业相机架设在明渠水槽的上方用于采集记录激光投射处的 荧光图像，在CCD相机感光芯片上前置有长通滤光镜，在本实施例中优选510nm的长通滤 光镜，长通滤光镜的作用是阻隔溶液中其他不溶性物质对激光的反射，根据视场尺寸和布 设条件定焦；若选用其他荧光溶液，则根据吸收/发射当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大范围多点流体浓度测量系统，其特征在于，包括激光子系统、图像采集子系统、图像分析子系统和率定系统，其中：所述激光子系统内包括用于在流场中精确测量示踪物质的荧光剂，以及根据荧光剂的类型与其吸收/发射光谱特征相适应的连续激光器，还包括连续激光扫描系统，所述连续激光扫描系统用于控制激光照射点位置，控制脉冲能量和重复速率、扫描点阵的数量和分布；所述图像采集子系统内包括一个或多个设置有CCD/CMOS的高分辨率的工业相机，所述工业相机由微控制器进行控制采集，在CCD/CMOS相机感光芯片上前置有长通滤光镜；所述图像分析子系统包括一个通过微控制器进行远程控制的计算机，计算机内设置有大范围浓度场测量软件；所述率定系统包括一个或多个设置有率定水槽，遮光系统，示踪精确滴定系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖谦，阮哲伟，
申请(专利权)人：南京昊控软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32