CN105372163A - 一种喷雾雾化效果性能检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷雾雾化效果性能检测装置及方法，所述装置由机械部分、摄像部分、控制部分和图像处理部分组成；所述机械部分用于完成步进电机带动硅析板运动以实现喷雾雾滴的采集；摄像部分用于对喷雾雾滴落在硅析板上的图像采集；控制部分用于对整个装置检测过程中的控制；图像处理部分由PC端及PC端内安装的图像处理软件组成，用于对摄像部分采集的硅析板喷雾雾滴图像进行处理分析。本发明的优点为该装置简单、加工成本低、易操作，图像处理方法可以很好的对图像进行处理得出喷雾雾滴的颗粒度大小、分布均匀性，并实现实时多次测量，检测分析结果更具可靠性和可信性，同时在空间内多个位置进行测量可以分析得出喷雾效果的空间密度分布性。
Description
技术领域
本发明涉及检测仪器技术领域，特别是一种喷雾雾化效果性能检测装置及方法。
背景技术
喷雾是将液体通过喷嘴喷射到周围气体介质中，使之破碎成细小液滴的物理过程。在喷雾雾滴形成的过程中，液体的总表面积因液体破碎成大量液滴而明显增大，因此液体与周围气体介质的接触面积会显著提高，从而在周围气体介质中消毒液的效果会因此得到改善。喷雾装置雾化液滴的颗粒度大小、均匀性、空间密度分布等性能参数是消毒喷雾装置雾化效果的直接且重要的影响。喷雾装置雾化液滴的颗粒度大小、均匀性及空间密度分布等性能参数不仅与喷头物理结构有关，同时与喷雾气压、液压和流量等参数直接相关。针对不同参数下喷雾的雾化性能，需要设计大量的比对实验。由于雾化液滴是不断运动的，在喷雾空间内不易测量其大小、均匀性和空间密度分度，在喷雾空间的各个位置进行实时测量是及其不易的，进而很难检测喷雾装置雾滴颗粒度大小、均匀性和空间密度分布等性能参数。
发明内容
本发明的目的是解决喷雾效果性能检测技术的局限与不足，提供一种喷雾雾化效果性能检测装置及方法。喷雾装置可以选择不同的喷雾气压、液压和流量等参数，然后通过检测装置实现实时采集喷雾雾滴落在薄层层析硅胶板的图像，然后保存并发送到PC端进行图像分析处理，随之得出喷雾雾滴的颗粒度大小、均匀性和空间密度分布。
为实现本发明目的，本发明的技术方案为：
一种喷雾雾化效果性能检测装置，所述机械部分用于完成装置内步进电机带动硅析板运动以实现喷雾雾滴的采集；摄像部分用于对喷雾雾滴落在硅析板上的图像采集；控制部分用于对整个装置检测过程中的控制，图像处理部分由PC端及PC端内安装的图像处理软件组成，用于对摄像部分采集的硅析板喷雾雾滴图像进行处理分析。
所述机械部分包括箱体、上板盖、推盖、装置框架、支撑板、垫块、齿条支架、齿条、齿轮、滑轨、电机支座、可调支架、支撑台及硅析板支架；箱体、上板盖和支撑板固定安装于装置框架上，推盖安装于上板盖上，上板盖上开有喷雾进口窗；齿条通过齿条支架和垫块固定在支撑板上，齿轮与齿条啮合，滑轨固定于支撑板上，滑轨上设有滑块，电机支座置于滑块上，电机支座与可调支架连接，可调支架与支撑台连接，通过可调支架可以调节支撑台的适当高度，硅析板支架安装于支撑台上，硅析板支架上设有检测用的硅析板。
所述摄像部分包括摄像头、光源灯、光源固定杆、反光罩、线阵红外发射管和线阵红外接收管；摄像头和线阵红外发射管固定于上板盖上，线阵红外接收管位于上板盖的下方并与线阵红外发射管竖直同轴，光源固定杆与装置框架连接，位于上板盖左下方，光源灯与反光罩固定安装在光源固定杆的两端，摄像头、线阵红外接收管分别通过摄像头控制线、线阵红外接收管信号电源线与微控制器连接。
所述控制部分包括微控制器、步进电机驱动器、步进电机、蜂鸣器、末端行程开关、始端行程开关、SD卡、红外遥控头和红外遥控器；微控制器、步进电机驱动器、蜂鸣器和红外遥控头安装在支撑板上，始端行程开关和末端行程开关分别安装在滑轨左右端，步进电机、步进电机驱动器、蜂鸣器、始端行程开关、末端行程开关和红外遥控头与微控制器连接；SD卡插到微控制器卡槽上，红外遥控器与微控制器采用红外通信实现对装置的控制。
所述机械部分还包括滚轮，滚轮设于箱体底部。
所述齿轮与齿条通过渐开线外啮合方式连接。
所述硅析板支架为六块，六块硅析板支架在支撑台上等距离安装。
一种喷雾雾化效果性能检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）运动机构在步进电机的作用下向左移动，当硅析板支架长端接触到线阵红外发射管和线阵红外接收管之间形成无形的网时，微控制器通过线阵红外接收管信号电源线获取硅析板支架及测试板的位置；
（2）获取位置后，微控制器控制步进电机停止转动并断开光焦信号电路，再控制摄像头对硅析测试板上的喷雾雾滴图像进行图像采集，同时把采集的图像照片存储到SD卡内；
（3）SD卡存储完成后，蜂鸣器及红外遥控器上的LED灯响亮3S，微控制器控制步进电机左转并延时1S接通光焦信号电路，完成一次对喷雾雾滴的图像采集；
（4）接着换另一组新的硅析测试板，重复上述步骤，继续在另一个测试位置进行喷雾雾滴图像采集；
（5）所有位置的的喷雾雾滴图像采集完成后，在PC端MATALAB图像处理软件中对所有图片进行处理，处理完所有组的图片后，把所有不同组的的图片信息以图表形式进行汇总、对比和分析，可以得出在喷雾空间中所有雾滴的颗粒度大小和空间密度分布性。
所述步骤（5）中对喷雾雾滴图像进行处理的具体步骤为加载图片、图像灰度化、二值化、取反、去除雾滴连通区域、去除雾滴过小点、设定阈值步骤得出雾滴点数及直径，根据雾滴点数及直径绘制雾滴的数据表格，最后导出表格进行图像分析处理，经过处理即得出硅析板雾滴图像的颗粒度大小和均匀性。
本发明的优点为：该装置简单、加工成本低、易操作，图像处理方法可以很好的对图像进行处理得出喷雾雾滴的颗粒度大小、分布均匀性，并且通过6个硅胶板在同一位置采集图像可以实现实时多次测量，检测分析结果更具可靠性和可信性，同时在空间内多个位置进行测量可以分析得出喷雾效果的空间密度分布性。
附图说明
图1为本发明喷雾雾化效果性能检测装置整体结构示意图；
图2为本发明喷雾雾化效果性能检测装置内部结构示意图；
图3为本发明喷雾雾化效果性能检测装置的内部结构A处的放大图；
图4为本发明喷雾雾化效果性能检测装置的内部结构B处的放大图；
图5为本发明喷雾雾化效果性能检测方法中雾滴图像处理步骤的流程图。
图中，1-箱体，2-推盖，3-上板盖，4-喷雾进口窗，5-滚轮，6-装置框架，7-支撑板，8-垫块，9-齿条，10-齿条支架，11-齿轮，12-滑块，13-滑轨，14-联轴器，15-电机支座，16-可调支架，17-支撑台，18-硅析板支架，19-硅析板，20-线阵红外发射管，21-摄像头，22-光源灯，23-光源固定杆，24-反光罩，25-线阵红外接收管，26-摄像头控制线，27-光源灯电源线，28-线阵红外发射管电源线，29-线阵红外接收管信号电源线，30-微控制器，31-蜂鸣器，32-步进电机驱动器，33-步进电机，34-始端行程开关，35-SD卡，36-末端行程开关，37-红外遥控头，38-红外遥控器，39-步进电机驱动器控制线，40-步进电机控制线，41-蜂鸣器控制线，42-始端行程开关控制线，43-末端行程开关控制线，44-红外遥控头控制线，45-PC端。
具体实施方式
喷雾雾化效果性能检测装置结构图如图1、图2所示，装置系统主要由四大部分组成：机械部分、摄像部分、控制部分和图像处理部分。
机械部分作为整个系统的支撑平台，主要完成步进电机带动硅析板运动以实现喷雾雾滴的采集；包括箱体1、推盖2、上板盖3、装置框架6、支撑板7、垫块8、齿条9、齿条支架10、齿轮11、滑块12、滑轨13、联轴器14、电机支座15、可调支架16、支撑台17及硅析板支架18；
箱体1、上板盖3和支撑板7固定安装于装置框架6上，推盖2安装在上板盖3上，上板盖3上开有喷雾进口窗4，通过推盖2可以调节喷雾进口窗4的大小，箱体1底部设有滚轮5，用于对该装置的移动；齿条9通过齿条支架10和垫块8固定在支撑板7上，齿轮11与齿条9采用渐开线外啮合连接方式，齿轮11在齿条9上转动；滑轨13固定于支撑板7上，滑轨13上设有滑块12，滑块12可以在滑轨13上滑动，电机支座15置于滑块12上，电机支座15与可调支架16连接，可调支架16与支撑台17连接，通过可调支架16可以调节支撑台17的适当高度，支撑台17上等距离的安装着六块硅析板支架18，硅析板支架18上方放着检测所用的硅析板19。步进电机33、电机支座15、可调支架16、支撑台17、硅析板支架18、硅析板19、联轴器14、齿轮11、齿条9、齿条支架10和垫块8组成运动机构，由步进电机33在齿轮11的作用下带动硅析板19移动。
摄像部分用于对喷雾雾滴落在硅析板上的图像采集，主要由线阵红外发射管20、摄像头21、光源灯22、光源固定杆23、反光罩24和线阵红外接收管25组成；摄像头21和线阵红外发射管20固定于上板盖3上，线阵红外接收管25位于上板盖3的下方并与线阵红外发射管20竖直同轴，线阵红外接收管25可以通过上板盖3开设的通光孔接收线阵红外发射管20发射的光；光源固定杆23与装置框架6连接位于上板盖3的左下方，光源灯22与反光罩24固定安装在光源固定杆23的两端，用于为摄像头20提供光源，摄像头21、线阵红外接收管25分别通过摄像头控制线26、线阵红外接收管信号电源线29与微控制器30连接。微控制器30上的电源输出端分别通过光源灯电源线27、线阵红外发射管电源线28及线阵红外接收管信号电源线29给光源灯22、线阵红外发射管20及线阵红外接收管25供电。
控制部分主要实现对整个系统装置的控制，主要由微控制器30、蜂鸣器31、步进电机驱动器32、步进电机33、始端行程开关34、SD卡35、末端行程开关36、红外遥控头37和红外遥控器38组成；
步进电机33固定在步进电机支架15上，步进电机33与齿轮11通过连轴器12连接，始端行程开关36和末端行程开关35分别安装在滑轨13左右端。蜂鸣器31、红外遥控头38、微控制器30、步进电机驱动器32安装在支撑板7上，步进电机33、步进电机驱动器32、蜂鸣器31、始端行程开关36、末端行程开关35和红外遥控头38分别通过步进电机驱动器控制线39、步进电机控制线40、蜂鸣器控制线41、末端行程开关控制线43、始端行程开关控制线42及红外遥控头控制线44与微控制器30连接，SD卡34插到微控制器30卡槽上，红外遥控器38与微控制器30采用红外通信实现对装置的控制。
图像处理部分主要由PC端45及PC端内安装的MATALAB软件组成，主要完成对采集的硅析板喷雾雾滴图像进行图像处理分析。
本发明的工作过程及检测方法为：首先设置好喷雾装置的液压和流量等参数后按下电源开关按键，再按下红外遥控器38的复位按键，微控制器30通过步进电机驱动器控制线41向步进电机驱动器32发出控制信号，步进电机驱动器32通过步进电机控制线39控制步进电机33转动，步进电机33通过联轴器14带动齿轮11在齿条9上转动，从而带动运动机构部分一起运动。在步进电机33向右转动过程中，当滑块12上的右端触点触碰到始端行程开关34时，微控制器30控制步进电机33开始左转，运动机构同时也向左运动。
线阵红外发射管电源线28向线阵红外发射管20供电，线阵红外发射管20发光，在上板盖3上开有让红外光线通过的通光孔，线阵红外接收管25通过通光孔接收线阵红外发射管20发射的光，这样在线阵红外发射管20和线阵红外接收管25之间形成了一个无形的网。运动机构在步进电机33的作用下向左移动过程中，当硅析板支架18长端接触到这个无形的网时，微控制器30通过线阵红外接收管信号电源线29便立即获取了硅析板支架18及硅析板19的位置，此时下一个硅析板19在喷雾进窗口的左侧（不在喷雾进窗口范围内），微控制器30通过步进电机控制线42控制步进电机33停止转动并断开光焦信号电路，再通过摄像头控制线26控制摄像头20对硅析板19上的喷雾雾滴图像进行图像采集，同时把采集的图像照片存储到SD卡35内。SD卡35存储完成后，蜂鸣器31及红外遥控器38上的LED灯响亮3S，微控制器30控制步进电机33左转并延时1S接通光焦信号电路，使硅析板支架向左移动出线阵红外发射管20和线阵红外接收管25之间形成了一个无形的网，然后接通光焦信号工作运行，完成一次对喷雾雾滴的图像采集。待图像采集并保存完成一组六块硅析板的喷雾雾滴图像，步进电机33继续向左转动，直至滑块12左端触头触碰到末端行程开关36，然后微控制器30控制步进电机33停止转动，光焦信号电路、蜂鸣器、光源灯等器件也停止工作。再按红外遥控器38上的步进电机左转按键，步进电机33带动运动机构部分左转并运动至右端初始位置，然后取出SD卡35并把图像资料拷贝到PC机电脑端，接着给本装置换好一组新的硅析测试板，继续在另一个测试位置进行喷雾雾滴图像采集。
所有位置的的喷雾雾滴图像采集完成之后，在PC端MATALAB图像处理软件中对一组所有图片进行处理，处理步骤如图5所示，对一组中的所有图片逐张按加载图片、图像灰度化、二值化、取反、去除雾滴连通区域、去除雾滴过小点、设定阈值步骤得出雾滴点数及直径，再根据雾滴点数及直径绘制雾滴的数据表格，该表格以雾滴大小为X轴、雾滴数量为Y轴绘制而成，最后导出表格进行图像分析，经过分析处理可得出一组硅析板雾滴图像的颗粒度大小和均匀性。处理完所有组的图片后，把所有不同组的图表进行汇总、对比和分析，可以得出在喷雾空间中所有雾滴的颗粒度大小和空间密度分布性。
通过上述一系列的操作及处理步骤即可完成对喷雾装置雾滴的颗粒度大小、均匀性和空间密度分布等性能参数的检测，从而得出喷雾装置雾化性能。
Claims (9)
1.一种喷雾雾化效果性能检测装置，其特征在于，由机械部分、摄像部分、控制部分和图像处理部分组成；所述机械部分用于完成步进电机带动硅析板运动以实现喷雾雾滴的采集；摄像部分用于对喷雾雾滴落在硅析板上的图像采集；控制部分用于对整个装置检测过程中的控制；图像处理部分由PC端及PC端内安装的图像处理软件组成，用于对摄像部分采集的硅析板喷雾雾滴图像进行处理分析。
2.如权利要求1所述的喷雾雾化效果性能检测装置，其特征在于，所述机械部分包括箱体、上板盖、推盖、装置框架、支撑板、垫块、齿条支架、齿条、齿轮、滑轨、电机支座、可调支架、支撑台及硅析板支架；箱体、上板盖和支撑板固定安装于装置框架上，推盖安装于上板盖上，上板盖上开有喷雾进口窗；齿条通过齿条支架和垫块固定在支撑板上，齿轮与齿条啮合，滑轨固定于支撑板上，滑轨上设有滑块，电机支座置于滑块上，电机支座与可调支架连接，可调支架与支撑台连接，硅析板支架安装于支撑台上，硅析板支架上设有检测用的硅析板。
3.如权利要求1所述的喷雾雾化效果性能检测装置，其特征在于，所述摄像部分包括摄像头、光源灯、光源固定杆、反光罩、线阵红外发射管和线阵红外接收管；摄像头和线阵红外发射管固定于上板盖上，线阵红外接收管位于上板盖的下方并与线阵红外发射管竖直同轴，光源固定杆与装置框架连接，位于上板盖左下方，光源灯与反光罩固定安装在光源固定杆的两端，摄像头、线阵红外接收管分别通过摄像头控制线、线阵红外接收管信号电源线与微控制器连接。
4.如权利要求1所述的喷雾雾化效果性能检测装置，其特征在于，所述控制部分包括微控制器、步进电机驱动器、步进电机、蜂鸣器、末端行程开关、始端行程开关、SD卡、红外遥控头和红外遥控器；微控制器、步进电机驱动器、蜂鸣器和红外遥控头安装在支撑板上，始端行程开关和末端行程开关分别安装在滑轨左右端，步进电机、步进电机驱动器、蜂鸣器、始端行程开关、末端行程开关和红外遥控头与微控制器连接；SD卡插到微控制器卡槽上，红外遥控器与微控制器采用红外通信实现对装置的控制。
5.如权利要求1所述的喷雾雾化效果性能检测装置，其特征在于，所述机械部分还包括滚轮，滚轮设于箱体底部。
6.如权利要求2所述的喷雾雾化效果性能检测装置，其特征在于，所述齿轮与齿条通过渐开线外啮合方式连接。
7.如权利要求2所述的喷雾雾化效果性能检测装置，其特征在于，所述硅析板支架为六块，六块硅析板支架在支撑台上等距离安装。
8.一种利用权利要求1所述的喷雾雾化效果性能检测装置进行检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：
运动机构在步进电机的作用下向左移动，当硅析板支架长端接触到线阵红外发射管和线阵红外接收管之间形成无形的网时，微控制器通过线阵红外接收管信号电源线获取硅析板支架及测试板的位置；
获取位置后，微控制器控制步进电机停止转动并断开光焦信号电路，再控制摄像头对硅析测试板上的喷雾雾滴图像进行图像采集，同时把采集的图像照片存储到SD卡内；
SD卡存储完成后，蜂鸣器及红外遥控器上的LED灯响亮3S，微控制器控制步进电机左转并延时1S接通光焦信号电路，完成一次对喷雾雾滴的图像采集；
换另一组新的硅析测试板，重复上述步骤，继续在另一个测试位置进行喷雾雾滴图像采集；
所有位置的的喷雾雾滴图像采集完成后，在PC端MATALAB图像处理软件中对所有图片进行处理，处理完所有组的图片后，把所有不同组的图片信息以图表形式进行汇总、对比和分析，即可得出在喷雾空间中所有雾滴的颗粒度大小和空间密度分布性。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述骤（5）中对喷雾雾滴图像进行处理的具体步骤为加载图片、图像灰度化、二值化、取反、去除雾滴连通区域、去除雾滴过小点、设定阈值步骤得出雾滴点数及直径，根据雾滴点数及直径绘制雾滴的数据表格，最后导出表格进行图像分析处理，经过处理即得出硅析板雾滴图像的颗粒度大小和均匀性。
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