一种激光测定冻结速度的方法技术

本发明专利技术公开了一种激光测定冻结速度的方法，在冰场外设置有标定板，在冰场上方设置有激光器和相机，其中，标定板的板面为铅锤平面，相机镜头水平设置，激光器出射光的朝向与相机镜头的朝向位于标定板板面的一个正垂面内；调整激光器的出射光角度，使激光能够入射冰面，并经过冰面反射至标定板的板面上；调整相机镜头位置，使得标定板板面上的激光光点位于相机视野中，间隔一定时间进行图片拍摄；通过间隔时间前后图片中光点位置变化获得水体冻结速度。本发明专利技术公开的激光测定冻结速度方法，能够实现冻结速度的无接触式测量，且易于架设，操作简单，测量成本低。测量成本低。测量成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种激光测定冻结速度的方法


[0001]本专利技术涉及一种激光测定冻结速度的方法，属于检测


技术介绍

[0002]冰作为众多冰上赛事的赛道，对运动员的成绩产生很大的影响，为保证比赛的公平性、安全性，需要严格控制赛道的质量、力学参数等表现。
[0003]在水冻结成冰的过程中，凝固速度作为制冰过程中的一个重要参数，凝固速度的大小会对所制冰的晶粒大小、内部气泡偏析等产生直接影响，进而影响赛道质量及运动员成绩。
[0004]传统测量凝固速度的方式一般为采用热电偶测温的方法，然而这种方法无法体现水体内部温度场的变化对成冰过程的影响。
[0005]还有采用架设无接触式的测温设备对水体进行测量的方法，然而，受制于赛道制备的实际工作环境，此种方式也难以实施。
[0006]由于上述原因，有必要对冰赛道制作过程中水冻结速度的测量方式进行研究，以获得准确的测量结果。

技术实现思路

[0007]为了克服上述问题，本专利技术人进行了深入研究，设计出一种激光测定冻结速度的方法，包括以下步骤：
[0008]在冰场外设置有标定板，在冰场上方设置有激光器和相机，其中，所述标定板的板面为铅锤平面，所述相机镜头水平设置，所述激光器出射光的朝向与相机镜头的朝向位于标定板板面的一个正垂面内；
[0009]调整激光器的出射光角度，使激光能够入射冰面，并经过冰面反射至标定板的板面上；
[0010]调整相机镜头位置，使得标定板板面上的激光光点位于相机视野中，间隔一定时间进行图片拍摄；
[0011]通过间隔时间前后图片中光点位置变化获得水体冻结速度。
[0012]在一个优选的实施方式中，所述激光器的出射光波长500～560nm。
[0013]在一个优选的实施方式中，所述水体冻结速度v表示为：
[0014][0015][0016]其中，Δt表示设定的时间间隔，Δh表示间隔时间前后图片中激光光点的变化高度，h2表示时间间隔冰层增加量，ρ1表示水的密度，ρ2表示冰的密度。
[0017]在一个优选的实施方式中，所述标定板上设置有量尺。
[0018]在一个优选的实施方式中，激光器的出射光与冰面的夹角可采用任意角度。
[0019]在一个优选的实施方式中，对相机拍摄的图片进行灰度化和二值化处理，获得图像中光点的纵轴中心坐标，根据间隔时间前后图片光点纵轴中心坐标的变化获得激光光点的变化高度Δh。
[0020]在一个优选的实施方式中，二值化的阈值为70
‑
90。
[0021]在一个优选的实施方式中，光点的纵轴中心坐标y表示为：
[0022][0023]其中，G表示整个图片区域，i表示不同像素的横坐标，j表示每个像素的纵坐标，W(i,j)表示像素(i,j)的灰度值。
[0024]在一个优选的实施方式中，根据单位长度内像素量将光点纵轴中心坐标的变化量转化为光点的变化高度Δh，表示为：
[0025][0026]其中，Δy
k
表示光点纵轴中心坐标的变化量，p表示1mm内的像素量。
[0027]本专利技术所具有的有益效果包括：
[0028](1)该测量方法使用的设备结构简单，易于架设，操作简单；
[0029](2)该测量方法，测量成本低；
[0030](3)该测量方法能够实现冻结速度的无接触式测量，尤其适用于赛道、赛场的冰面冻结速度测量。
附图说明
[0031]图1示出根据本专利技术一种优选实施方式的激光测定冻结速度方法流程示意图；
[0032]图2示出根据本专利技术一种优选实施方式的激光测定冻结速度方法中装置布置示意图；
[0033]图3示出根据本专利技术一种优选实施方式的激光测定冻结速度方法中不同冰面激光光点示意图；
[0034]图4、图5示出根据本专利技术一种优选实施方式的激光测定冻结速度方法中不同入射激光角度对激光光点变化高度的影响；
[0035]图6示出实施例1中获得的第1张图片，图7示出实施例1中获得的第76张图片；
[0036]图8示出实施例1中灰度化后的第1张图片，图9示出实施例1中灰度化后的第76张图片；
[0037]图10示出实施例1中二值化后的第1张图片，图11示出实施例1中二值化后的第76张图片；
[0038]图12示出实施例1中获得的冻结速度曲线。
具体实施方式
[0039]下面通过附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。
[0040]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0041]根据本专利技术提供的一种激光测定冻结速度的方法，其特征在于，如图1所示，包括以下步骤：
[0042]在冰场外设置有标定板，在冰场上方设置有激光器和相机，其中，所述标定板的板面为铅锤平面，所述相机镜头水平设置，所述激光器出射光的朝向与相机镜头的朝向位于标定板板面的一个正垂面内，如图2所示；
[0043]调整激光器的出射光角度，使激光能够入射冰面，并经过冰面反射至标定板的板面上；
[0044]调整相机镜头位置，使得标定板板面上的激光光点位于相机视野中，间隔一定时间进行图片拍摄；
[0045]通过间隔时间前后图片中光点位置变化获得水体冻结速度。
[0046]在一个优选的实施方式中，所述激光器的出射光波长500～560nm。
[0047]在一个优选的实施方式中，所述标定板上设置有量尺，更优选地，所述标定板为白板，便于后续采用计算机对图片进行处理，获得图片中光点位置变化量。
[0048]根据本专利技术，激光照射在冰面上，经由冰面反射到标定板上，标定板上的激光经由相机捕获。
[0049]在冻结的t1到t2过程中，冰面不断升高，由于冰的密度要小于水的密度，故在冻结场地横截面积恒定的单项凝固场景下，液面会由于冰的不断增多，体积不断变大，导致液面逐渐升高，激光在标定板上的移动距离为Δh，如图3所示，在t1到t2过程中存在以下关系：
[0050]m1＝m2＝ρ1·
S
·
h1＝ρ2·
S
·
h2ꢀꢀ
(1)
[0051]式中m2代表t1到t2过程中所冻结的冰的质量，m1代表m2这部分质量的冰在t1时刻所对应的水的质量，ρ1代表水的密度，ρ2代表冰的密度，h1表示冰冻前水的高度，h2表示时间间隔冰层增加量。
[0052]相机捕获的Δh为液面升高的高度的两倍，即：
[0053][0054]且两者之间的关系不受激光入射角度的变化所影响，即激光器的出射光与冰面的夹角可采用任意角度，如图4、5所示。
[0055]联立(1)(2)式得出在t1到t2过程中，冰的高度增加量h2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光测定冻结速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：在冰场外设置有标定板，在冰场上方设置有激光器和相机，其中，所述标定板的板面为铅锤平面，所述相机镜头水平设置，所述激光器出射光的朝向与相机镜头的朝向位于标定板板面的一个正垂面内；调整激光器的出射光角度，使激光能够入射冰面，并经过冰面反射至标定板的板面上；调整相机镜头位置，使得标定板板面上的激光光点位于相机视野中，间隔一定时间进行图片拍摄；通过间隔时间前后图片中光点位置变化获得水体冻结速度。2.根据权利要求1所述的激光测定冻结速度的方法，其特征在于，所述激光器的出射光波长500～560nm。3.根据权利要求1所述的激光测定冻结速度的方法，其特征在于，所述水体冻结速度v表示为：所述水体冻结速度v表示为：其中，Δt表示设定的时间间隔，Δh表示间隔时间前后图片中激光光点的变化高度，h2表示时间间隔冰层增加量，ρ1表示水的密度，ρ2表示冰的密度。4.根据权利要求1所述的激光测定冻结速度的方法，其特征在于，所述标定板上设置有量...

【专利技术属性】
技术研发人员：于洋，孔令杰，
申请(专利权)人：首都体育学院，
类型：发明
国别省市：