CN104502349B - 一种蒸箱湿度估计装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸箱湿度估计装置，结构包括：湿度估计箱、小型负压泵及远端服务器；湿度估计箱由可置换比色板、采样暗箱、比色光源、比色相机及交互终端组成；并通过气连软管和小型负压泵相连，通过通信连接和远端服务器相连。本发明还公开了相应的蒸箱湿度估计方法，通过自动比色实现校正过程和测量过程。本发明采用湿度探测装置和检测装置分离的技术方案，选用成本低的湿度试纸和蒸箱内高温高压环境接触，而检测装置安装在蒸箱外部，整体结构模块化程度高，成本低，安装简便，具有广阔的市场前景。

Description

一种蒸箱湿度估计装置及方法

技术领域

本发明涉及一种蒸箱湿度估计装置及方法，尤其涉及一种采用自动比色估计蒸箱湿度的装置及方法，属于测量测试技术领域。

背景技术

汽蒸是把印染后的布料通过蒸汽消毒烘干，使染料固着在纤维上面，并带走衣服上面残留的化学成分的过程，汽蒸在密闭的蒸箱内完成，蒸箱内架有导辊，上下穿布，蒸箱箱体墙板采用不锈钢板，并外嵌有保温层。

蒸箱内弥漫高温、高湿、高压的蒸汽，蒸箱内湿度计要求具有一定的精度、响应速度、灵敏度和稳定度。瑞士罗卓尼克公司生产的HC2系列工业耐高温高压温湿度探头，采用不锈钢DN1.4305外壳材质。但是价格昂贵，长期暴露在高温高压环境中，使用寿命较短，一年内需更换多枚温湿度探头，成本居高不下。

为了提高高温高压环境下传感器的使用寿命，现有技术大多采用传感器保护管实现。公开号为：CN102721482A的国内实用新型专利《一种耐高温高压高湿度温度传感器》公开了一种球形保护管，保护管内充满氧化镁粉，尾端由密封块密封，正极偶丝和负极偶丝的尾端穿过密封块置于密封块的外部，保证了在高温、高压、高湿度的恶劣环境下完全密封，从而保证传感器可靠性与测温精度，并且延长使用寿命。

另一种解决思路是将湿度探测装置和检测装置分离，选用成本低的湿度探测装置和蒸箱内高温高压环境接触，而检测装置则安装在蒸箱外部，不直接接触高温高压环境。由于湿度探测装置成本低，可随时更换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒸箱湿度估计装置。为了实现以上技术目的，本发明的技术方案采用自动比色估计蒸箱湿度，其特征在于，结构包括：湿度估计箱、小型负压泵及远端服务器；

其中湿度估计箱安装在蒸箱侧壁的检测窗上，检测窗开口尺寸正好和湿度估计箱开口尺寸相同，湿度估计箱通过密封圈封住蒸箱的检测窗，防止检测期间蒸汽泄露；

其中湿度估计箱通过气连软管和小型负压泵相连，小型负压泵的作用是将湿度估计箱中的泄露蒸汽抽空，防止污染湿度估计箱内检测设备；

其中湿度估计箱通过通信连接和远端服务器相连，实现数据通信，将检测数据传送到远端服务器；

所述湿度估计箱由可置换比色板、采样暗箱、比色光源、比色相机及交互终端组成；

其中可置换比色板分左右两个区域：双层玻璃夹板和单层玻璃夹板，双层玻璃夹板内嵌湿度比色卡，单层玻璃夹板内嵌湿度试纸；湿度比色卡夹在双层玻璃夹板内，不接触外部蒸汽；湿度试纸固定在单层玻璃夹板内，暴露在外部蒸汽中；

可置换比色板从上方插入湿度估计箱，单层玻璃夹板固定湿度试纸一侧，蒸箱内蒸汽与湿度试纸接触，使之变色，但是由于可置换比色板遮挡在采集暗箱开口处，蒸箱内蒸汽大部分无法进入采集暗箱；在更换可置换比色板时泄露进入采集暗箱的蒸汽则被小型负压泵抽空；

其中比色光源和比色相机安装在采集暗箱内，比色光源产生稳定照度的环境光；比色相机正对可置换比色板，经过调焦之后，采集可置换比色板的湿度比色卡和湿度试纸的彩色图像；

其中交互终端由微处理器、液晶触摸屏、通信模块、彩色图像采集模块组成，彩色图像采集模块和比色相机相连，将比色图像传送至微处理器进行运算，微处理器固化有比色校对程序及比色湿度检测程序，湿度检测数值在液晶触摸屏上显示，液晶触摸屏还实现指令输入的人机交互功能；交互终端通过通信模块的通信连接和远端服务器通信，传送检测数据，通信连接的通信方式为有线通信、无线通信、现场总线中的任一种或者任意多种之组合。

为了实现蒸箱湿度估计功能，本发明还提供了一种蒸箱湿度估计方法，具体步骤包括：

一、校正过程

步骤1.1、采样湿度比色卡颜色分量；湿度比色卡不同色块对应不同的湿度值，在稳定照度的环境光中，采样湿度比色卡不同色块的红绿蓝颜色分量，记为：{R_i，G_i，B_i，H_i}，其中R_i是第i档色块的红色分量、G_i是第i档色块的绿色分量、B_i是第i档色块的蓝色分量、H_i是第i档色块对应的湿度标称值；其中i＝1，2，..，N，N是比色卡色块数量，是一个常数；

步骤1.2、释放蒸汽；逐步增加蒸箱内部湿度；

步骤1.3、等湿度间隔采样湿度试纸颜色分量；记为：{r_t，g_t，b_t}，其中r_t是第t次采样的红色分量、g_t是第t次采样的绿色分量、b_t是第t次采样的蓝色分量；

步骤1.4、采样标准湿度值；在每次采样湿度试纸颜色的同时，采样标准湿度计的湿度值h_t；

步骤1.5、计算比色色差；第t次采样的色差DIFF_t计算公式：

其中表示归一化操作，因此DIFF_t∈[0，1]，参考色块i的选择公式为：

上式中令H₀＝H₁及H_N+1＝H_N；且算符是使(·)条件成立的i的取值；

步骤1.6、三次样条插值拟合；根据采样点列{h_i，DIFF_t}分别在子区间上进行三次样条插值拟合；拟合之后的结果保存为色差校正表即以湿度值HUM的离散值n为下标对应的比色色差DIFF的表，式中Δhum为湿度离散间隔，为一常数，HUM为湿度值，符号表示向下取整；

二、检测过程

步骤2.1、采样湿度试纸颜色分量；{r，g，b}

步骤2.2、采样湿度比色卡颜色分量；{R_i，G_i，B_i}，i＝1，2，..，N

步骤2.3、计算比色色差；分别计算和各色块的色差：

步骤2.4、取差值最小的三个色块；n₁、n₂和n₃依次为DIFF_i最小的三个色块的标号，即满足DIFF_n1＜DIFF_n2＜DIFF_n3；

步骤2.5、选择查表区间；如果DIFF_n2-DIFF_n1＞DIFF_n3-DIFF_n1，则查表区间为n₂与n₃之间，并靠近n₂一侧；反之DIFF_n2-DIFF_n1＜DIFF_n3-DIFF_n1，则查表区间为n₂与n₁之间，并靠近n₂一侧；如果n₁＝1或者n₁＝N，则判断如果DIFF_n2-DIFF_n1＞TH，则查表区间为小于n₁或者大于n₁，其中TH为阈值，经验得到的常数；

步骤2.6、查表得到湿度值；在查表区间内比较色差校正表T，找到DIFF_n1介于DIFF(n)和DIFF(n+1)之间对应的湿度值HUM＝n·Δhum；

以上步骤1.1至步骤1.6和步骤2.2在更新照明环境或检测参数时执行一次即可。

综上所述，本发明的有益技术特征在于：采用湿度探测装置和检测装置分离的技术方案，选用成本低的湿度试纸和蒸箱内高温高压环境接触，而检测装置安装在蒸箱外部，整体结构模块化程度高，成本低，安装简便，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1是本发明一种蒸箱湿度估计装置的结构示意图；

图2是本发明一种蒸箱湿度估计装置的色卡校正步骤的结构示意图；

图3是本发明一种蒸箱湿度估计方法的流程图；

图4是本发明一种蒸箱湿度估计方法的校正曲线示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，并结合附图，对本发明技术方案作进一步的说明。

实施例：本发明一种蒸箱湿度估计装置的结构示意图(见附图1)，其结构包括：湿度估计箱112、小型负压泵101及远端服务器107；

湿度估计箱112安装在蒸箱100侧壁的检测窗102上，检测窗102开口尺寸正好和湿度估计箱112开口尺寸相同，湿度估计箱112通过密封圈116封住蒸箱100的检测窗102，防止检测期间蒸汽泄露；

湿度估计箱112通过气连软管115和小型负压泵101相连，小型负压泵101的作用是将湿度估计箱112中的泄露蒸汽抽空，防止污染湿度估计箱112内检测设备；

湿度估计箱112通过通信连接114和远端服务器107相连，实现数据通信，将检测数据传送到远端服务器107；

所述湿度估计箱112由可置换比色板103、采样暗箱113、比色光源104、比色相机105及交互终端106组成；

其中可置换比色板103分左右两个区域：双层玻璃夹板110和单层玻璃夹板111，双层玻璃夹板110内嵌湿度比色卡108，单层玻璃夹板111内嵌湿度试纸109；湿度比色卡108夹在双层玻璃夹板110内，不接触外部蒸汽；湿度试纸109固定在单层玻璃夹板111内，暴露在外部蒸汽中；

可置换比色板103可从上方插入湿度估计箱112，单层玻璃夹板111固定湿度试纸109一侧，蒸箱100内蒸汽与湿度试纸109接触，使之变色，但是由于可置换比色板103遮挡在采集暗箱113开口处，蒸箱100内蒸汽大部分无法进入采集暗箱113；在更换可置换比色板103时泄露进入采集暗箱113的蒸汽则被小型负压泵101抽空；

其中比色光源104和比色相机105安装在采集暗箱113内，比色光源104产生稳定照度的环境光；比色相机105正对可置换比色板103，经过调焦之后，采集可置换比色板103的湿度比色卡108和湿度试纸109的彩色图像；

其中交互终端106由微处理器、液晶触摸屏、通信模块、彩色图像采集模块组成，彩色图像采集模块和比色相机105相连，将比色图像传送至微处理器进行运算，微处理器固化有比色校对程序及比色湿度检测程序，湿度检测数值在液晶触摸屏上显示，液晶触摸屏还实现指令输入的人机交互功能；交互终端106通过通信模块的通信连接114和远端服务器107通信，传送检测数据，通信连接114的通信方式为有线通信、无线通信、现场总线中的任一种或者任意多种之组合；

实施例：本发明一种蒸箱湿度估计装置的色卡校正步骤的结构示意图(见附图2)，其结构包括：标准湿度计201、湿度比色卡202、湿度试纸203，及校正计算机204；

其中标准湿度计201、湿度比色卡202、湿度试纸203都置于蒸箱200之中；标准湿度计201为经过计量检定机关标定过的电子式湿度测量计，优选瑞士罗卓尼克公司生产的HC2系列工业耐高温高压温湿度探头；标准湿度计201通过数据线连至校正计算机204；湿度比色卡202和湿度试纸203在不同蒸汽湿度值下的颜色检测值传送至校正计算机204，计算校正参数。

如图3所示，本发明一种蒸箱湿度估计方法的流程图，具体步骤包括：

一、校正过程

步骤1.1、采样湿度比色卡颜色分量300；湿度比色卡不同色块对应不同的湿度值，在稳定照度的环境光中，采样湿度比色卡不同色块的红绿蓝颜色分量，记为：{R_i，G_i，B_i，H_i}，其中R_i是第i档色块的红色分量、G_i是第i档色块的绿色分量、B_i是第i档色块的蓝色分量、H_i是第i档色块对应的湿度标称值；其中i＝1，2，..，N，N是比色卡色块数量，是一个常数；

步骤1.2、释放蒸汽301；逐步增加蒸箱内部湿度；

步骤1.3、等湿度间隔采样湿度试纸颜色分量302；记为：{r_t，g_t，b_t}，其中r_t是第t次采样的红色分量、g_t是第t次采样的绿色分量、b_t是第t次采样的蓝色分量；

步骤1.4、采样标准湿度值303；在每次采样湿度试纸颜色的同时，采样标准湿度计的湿度值h_t；

步骤1.5、计算比色色差304；第t次采样的色差DIFF_t计算公式：

其中表示归一化操作，因此DIFF_t∈[0，1]，参考色块i的选择公式为：

上式中令H₀＝H₁及H_N+1＝H_N；且算符是使(·)条件成立的i的取值；

步骤1.6、三次样条插值拟合305；根据采样点列{h_i，DIFF_t}分别在子区间上进行三次样条插值拟合；拟合之后的结果保存为色差校正表即以湿度值HUM的离散值n为下标对应的比色色差DIFF的表，式中Δhum为湿度离散间隔，为一常数，HUM为湿度值，符号表示向下取整；

二、检测过程

步骤2.1、采样湿度试纸颜色分量306；{r，g，b}

步骤2.2、采样湿度比色卡颜色分量307；{R_i，G_i，B_i}，i＝1，2，..，N

步骤2.3、计算比色色差308；分别计算和各色块的色差：

步骤2.4、取差值最小的三个色块309；n₁、n₂和n₃依次为DIFF_i最小的三个色块的标号，即满足DIFF_n1＜DIFF_n2＜DIFF_n3；

步骤2.5、选择查表区间310；如果DIFF_n2-DIFF_n1＞DIFF_n3-DIFF_n1，则查表区间为n₂与n₃之间，并靠近n₂一侧；反之DIFF_n2-DIFF_n1＜DIFF_n3-DIFF_n1，则查表区间为n₂与n₁之间，并靠近n₂一侧；如果n₁＝1或者n₁＝N，则判断如果DIFF_n2-DIFF_n1＞TH，则查表区间为小于n₁或者大于n₁，其中TH为阈值，经验得到的常数；

步骤2.6、查表得到湿度值311；在查表区间内比较色差校正表T，找到DIFF_n1介于DIFF(n)和DIFF(n+1)之间对应的湿度值HUM＝n·Δhum；

以上步骤1.1至步骤1.6和步骤2.2在更新照明环境或检测参数时执行一次即可。

如图4所示，本发明一种蒸箱湿度估计方法的校正曲线示意图。校正曲线400为分段拟合曲线，横坐标为相对湿度值HUM(％)408，纵坐标为比色色差DIFF(％)409，色块403对应的标称湿度值排列在横坐标上；

色块对应湿度值404和两色块间一半湿度值405为查表区间的分割线，采样点401为拟合的控制点；实际检测点402的比色色差值407经过查表后得到对应的湿度值406。

Claims (2)

1.一种蒸箱湿度估计装置，其特征在于，结构包括：湿度估计箱、小型负压泵及远端服务器；

其中湿度估计箱安装在蒸箱侧壁的检测窗上，检测窗开口尺寸正好和湿度估计箱开口尺寸相同，湿度估计箱通过密封圈封住蒸箱的检测窗，防止检测期间蒸汽泄露；

其中湿度估计箱通过气连软管和小型负压泵相连，小型负压泵的作用是将湿度估计箱中的泄露蒸汽抽空，防止污染湿度估计箱内检测设备；

其中湿度估计箱通过通信连接和远端服务器相连，实现数据通信，将检测数据传送到远端服务器；

所述湿度估计箱由可置换比色板、采样暗箱、比色光源、比色相机及交互终端组成；

其中可置换比色板分左右两个区域：双层玻璃夹板和单层玻璃夹板，双层玻璃夹板内嵌湿度比色卡，单层玻璃夹板内嵌湿度试纸；湿度比色卡夹在双层玻璃夹板内，不接触外部蒸汽；湿度试纸固定在单层玻璃夹板内，暴露在外部蒸汽中；

可置换比色板从上方插入湿度估计箱，单层玻璃夹板固定湿度试纸一侧，蒸箱内蒸汽与湿度试纸接触，使之变色，但是由于可置换比色板遮挡在采集暗箱开口处，蒸箱内蒸汽大部分无法进入采集暗箱；在更换可置换比色板时泄露进入采集暗箱的蒸汽则被小型负压泵抽空；

其中比色光源和比色相机安装在采集暗箱内，比色光源产生稳定照度的环境光；比色相机正对可置换比色板，经过调焦之后，采集可置换比色板的湿度比色卡和湿度试纸的彩色图像；

其中交互终端由微处理器、液晶触摸屏、通信模块、彩色图像采集模块组成，彩色图像采集模块和比色相机相连，将比色图像传送至微处理器进行运算，微处理器固化有比色校对程序及比色湿度检测程序，湿度检测数值在液晶触摸屏上显示，液晶触摸屏还实现指令输入的人机交互功能；交互终端通过通信模块的通信连接和远端服务器通信，传送检测数据，通信连接的通信方式为有线通信、无线通信、现场总线中的任一种或者任意多种之组合。

2.一种蒸箱湿度估计方法，其特征在于：具体步骤包括：

一、校正过程

步骤1.1、采样湿度比色卡颜色分量；湿度比色卡不同色块对应不同的湿度值，在稳定照度的环境光中，采样湿度比色卡不同色块的红绿蓝颜色分量，记为：{R_i，G_i，B_i，H_i}，其中R_i是第i档色块的红色分量、G_i是第i档色块的绿色分量、B_i是第i档色块的蓝色分量、H_i是第i档色块对应的湿度标称值；其中i＝1，2，..，N，N是比色卡色块数量，是一个常数；

步骤1.2、释放蒸汽；逐步增加蒸箱内部湿度；

步骤1.3、等湿度间隔采样湿度试纸颜色分量；记为：{r_t，g_t，b_t}，其中r_t是第t次采样的红色分量、g_t是第t次采样的绿色分量、b_t是第t次采样的蓝色分量；

步骤1.4、采样标准湿度值；在每次采样湿度试纸颜色的同时，采样标准湿度计的湿度值h_t；

步骤1.5、计算比色色差；第t次采样的色差DIFF_t计算公式：

其中表示归一化操作，因此DIFF_t∈[0，1]，参考色块i的选择公式为：

上式中令H₀＝H₁及H_N+1＝H_N；且算符是使(·)条件成立的i的取值；

步骤1.6、三次样条插值拟合；根据采样点列{h_i，DIFF_t}分别在子区间上进行三次样条插值拟合；拟合之后的结果保存为色差校正表即以湿度值HUM的离散值n为下标对应的比色色差DIFF的表，式中Δhum为湿度离散间隔，为一常数，HUM为湿度值，符号表示向下取整；

二、检测过程

步骤2.1、采样湿度试纸颜色分量；{r，g，b}；

步骤2.2、采样湿度比色卡颜色分量；{R_i，G_i，B_i}，i＝1，2，..，N；

步骤2.3、计算比色色差；分别计算和各色块的色差：

步骤2.4、取差值最小的三个色块；n₁、n₂和n₃依次为DIFF_i最小的三个色块的标号，即满足DIFF_n1＜DIFF_n2＜DIFF_n3；

步骤2.5、选择查表区间；如果DIFF_n2-DIFF_n1＞DIFF_n3-DIFF_n1，则查表区间为n₂与n₃之间，并靠近n₂一侧；反之DIFF_n2-DIFF_n1＜DIFF_n3-DIFF_n1，则查表区间为n₂与n₁之间，并靠近n₂一侧；如果n₁＝1或者n₁＝N，则判断如果DIFF_n2-DIFF_n1＞TH，则查表区间为小于n₁或者大于n₁，其中TH为阈值，经验得到的常数；

步骤2.6、查表得到湿度值；在查表区间内比较色差校正表T，找到DIFF_n1介于DIFF(n)和DIFF(n+1)之间对应的湿度值HUM＝n·Δhum；

以上步骤1.1至步骤1.6和步骤2.2在更新照明环境或检测参数时执行一次即可。