CN108444951B - 一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，包括呈直线型依次设置的LED灯、有机玻璃罩、刀口和微单反相机，LED灯、刀口和微单反相机的高度相匹配，有机玻璃罩靠近LED灯的侧面上设置第一凸透镜，第一凸透镜的焦点与LED灯相对设置，有机玻璃罩上还设置第二凸透镜，第二凸透镜与第一凸透镜相对设置，有机玻璃罩的内腔为密封结构，有机玻璃罩内还设置蜡烛和艾条，有机玻璃罩的内侧壁上还设置二氧化碳浓度检测仪和传感器，传感器与单片机相连，单片机还连接有计算机。本发明还提供一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的方法，使艾烟浓度及空气折射率梯度通过纹影图像及数据处理关系表实现可视化。

Description

一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置及方法
技术领域
本发明涉及艾烟浓度及空气折射率测量领域，特别是涉及一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置。
背景技术
艾灸疗法是中医学的重要组成部分，也是传统医学中最古老的医疗方法之一。艾灸疗法，是利用艾叶作原料，制成艾绒，在一定的穴位上，用各种不同的方法燃烧，直接或间接地施以适当温热刺激，通过经络的传导作用而达到治病和保健目的的一种方法。在历代的针灸著作中，多数将针刺与艾灸并列论述，不过由于灸法对人体易产生灼伤，但艾疗并不是在任何情况下都有益于人体，艾条燃烧时会产生多种气体，其中包括一些有毒气体，例如苯酚，所以在艾灸时需要控制艾烟浓度。
空气折射率是光在空气中的速度与光在该材料中的速度之比率，是空气的一个重要物理参量。在传统的实验中，我们常用的测量空气折射率的方法是迈克尔逊干涉仪测量法。迈克尔逊干涉仪是一种用分振法产生双光束以实现干涉的精密光学仪器，迈克耳逊干涉仪的原理是一束入射光经过分光镜分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，因为这两束光频率相同、振动方向相同且相位差恒定(即满足干涉条件)，所以能够发生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。但是，空气折射率梯度以及艾条燃烧时的艾烟浓度的测量均无法实现可视化。
因此，如何实现艾条燃烧时的艾烟浓度和空气折射率梯度测量可视化，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使艾烟浓度及空气折射率梯度测量实现可视化。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，包括呈直线型依次设置的LED灯、有机玻璃罩、刀口和微单反相机，所述LED灯、所述刀口和所述微单反相机的高度相匹配，所述有机玻璃罩靠近所述LED灯的侧面上设置第一凸透镜，所述第一凸透镜的焦点与所述LED灯相对设置，所述有机玻璃罩上还设置第二凸透镜，所述第二凸透镜与所述第一凸透镜相对设置，所述有机玻璃罩的内腔为密封结构，所述有机玻璃罩内还设置蜡烛和艾条，所述有机玻璃罩的内侧壁上还设置二氧化碳浓度检测仪和传感器，所述传感器与单片机相连，所述单片机还连接有计算机。
优选地，所述LED灯、所述刀口和所述微单反相机的底部均设置底托，所述LED灯、所述刀口和所述微单反相机均与所述底托可拆卸连接，所述底托的高度能够调节。
优选地，所述有机玻璃罩为分体式长方体结构，所述有机玻璃罩包括壳体和上盖，所述壳体和所述上盖通过合页相连，所述合页相对的一侧设置锁扣，所述壳体和所述上盖之间还设置密封压条。
优选地，所述蜡烛设置于所述壳体的底部。
优选地，所述蜡烛位于所述第一凸透镜的焦点和所述第二凸透镜的焦点的连线上，所述艾条位于所述第一凸透镜的焦点和所述第二凸透镜的焦点的连线的一侧。
优选地，所述壳体上还设置开孔，所述开孔处设置孔盖，所述孔盖与所述壳体铰接，所述孔盖与所述开孔之间设置密封压条。
优选地，所述有机玻璃罩的底部靠近所述开孔处设置托盘，所述托盘由耐高温材质制成，所述艾条设置于所述托盘内。
优选地，所述单片机通过无线收发装置与所述计算机相连。
本发明还提供一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的方法，包括如下步骤：
步骤一、点燃蜡烛，开始计时，每隔25秒记录二氧化碳浓度检测仪及单片机的示数，保存微单相机内相对应的纹影图像，依次采集5组数据；
步骤二、点燃蜡烛的同时将艾条点燃，开始计时，每隔25秒记录二氧化碳浓度检测仪及单片机的示数，保存微单相机内相对应的纹影图像，依次采集5组数据；
步骤三、将采集好的纹影图像用MATLAB进行图像处理，将得到的数据进行对比，得到不同二氧化碳浓度环境下，纹影图像的变化趋势，通过下列公式：
(n-1)x＝(n-1)N·[1+0.5327·(x-0.04％)]
计算得到不同二氧化碳浓度环境下的空气折射率，建立在相应的温度、压强环境下，不同二氧化碳浓度与空气折射率关系表，则可将艾烟浓度及空气折射率梯度通过纹影图像及数据处理关系表可视化。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，包括呈直线型依次设置的LED灯、有机玻璃罩、刀口和微单反相机，LED灯、刀口和微单反相机的高度相匹配，有机玻璃罩靠近LED灯的侧面上设置第一凸透镜，第一凸透镜的焦点与LED灯相对设置，有机玻璃罩上还设置第二凸透镜，第二凸透镜与第一凸透镜相对设置，有机玻璃罩的内腔为密封结构，有机玻璃罩内还设置蜡烛和艾条，有机玻璃罩的内侧壁上还设置二氧化碳浓度检测仪和传感器，传感器与单片机相连，单片机还连接有计算机。本发明还提供一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的方法，使艾烟浓度及空气折射率梯度通过纹影图像及数据处理关系表实现可视化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置的整体结构示意图；
其中，1 为LED灯，2 为第一凸透镜，3 为蜡烛，4 为传感器，5 为有机玻璃罩，6 为第二凸透镜，7 为刀口，8 为微单反相机，9 为二氧化碳浓度检测仪，10 为计算机，11 为单片机，12 为艾条。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使艾烟浓度及空气折射率梯度测量实现可视化。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1，图1为本发明的测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置的整体结构示意图。
本发明提供一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，包括呈直线型依次设置的LED灯1、有机玻璃罩5、刀口7和微单反相机8，LED灯1、刀口7和微单反相机8的高度相匹配，有机玻璃罩5靠近LED灯1的侧面上设置第一凸透镜2，第一凸透镜2的焦点与LED灯1相对设置，有机玻璃罩5上还设置第二凸透镜6，第二凸透镜6与第一凸透镜2相对设置，刀口7的高度与第二凸透镜6的焦点高度相平齐，有机玻璃罩5的内腔为密封结构，有机玻璃罩5内还设置蜡烛3和艾条12，有机玻璃罩5的内侧壁上还设置二氧化碳浓度检测仪9和传感器4，传感器4与单片机11相连，单片机11还连接有计算机10。
使用时，先调整光路，打开电源并把LED灯1的电压值调为5V，LED灯1放置于第一凸透镜2的焦点处，刀口7则放置在第二凸透镜6的焦点处选择适当的高度来切割光线，挡住直射光。调整微单反相机8焦距，使其能从刀口7处的获取到图像；能够测得有机玻璃罩5内的温度压强的传感器4连接单片机11后再连接电脑，接着打开二氧化碳浓度检测仪9及单片机11程序。上述准备步骤完成后，点燃蜡烛3后密封有机玻璃罩5，开始计时，每隔25秒记录二氧化碳浓度检测仪9及单片机11中的示数，保存微单反相机8内相对应的纹影图，依次采集5组数据；接着打开有机玻璃罩5使有机玻璃罩5内的环境恢复到实验的初始状态，点燃蜡烛3的同时放入完全燃烧的无烟艾条12，再马上密封玻璃罩，开始计时，每隔25秒记录二氧化碳浓度检测仪9及单片机11中温度、压强的示数，保存微单反相机8内相对应的纹影图，依次采集5组数据。将采集好的纹影图像用MATLAB进行图像处理，将得到的数据进行对比，得到在不同二氧化碳浓度环境下，纹影图像的变化趋势。经过运算得到不同的二氧化碳浓度环境下的空气折射率，建立在相应的温度、压强环境下，不同二氧化碳浓度与空气折射率关系表，则可将艾烟浓度及空气折射率梯度通过纹影图像及数据处理关系表可视化。
此处需要解释说明的是，说明书中“无烟艾条12”是指经过炭化的燃烧过程中烟量较少或几乎无烟的艾条12，文件标题及文中“艾烟”是指艾条12燃烧产生的气体，泛称艾烟，与无烟艾条12中的“烟”并不相同，以下不再赘述。
具体地，LED灯1、刀口7和微单反相机8的底部均设置底托，LED灯1、刀口7和微单反相机8均与底托可拆卸连接，底托的高度能够调节，便于调整，提高系统适应性。
其中，有机玻璃罩5为分体式长方体结构，有机玻璃罩5包括壳体和上盖，壳体和上盖通过合页相连，便于放置蜡烛3和艾条12，合页相对的一侧设置锁扣，壳体和上盖之间还设置密封压条，确保有机玻璃罩5内部为密封结构。
更具体地，蜡烛3设置于壳体的底部。
另外，蜡烛3位于第一凸透镜2的焦点和第二凸透镜6的焦点的连线上，艾条12位于第一凸透镜2的焦点和第二凸透镜6的焦点的连线的一侧。
为了方便地放置点燃的艾条12，在壳体上设置开孔，开孔处设置孔盖，孔盖与壳体铰接，孔盖与开孔之间设置密封压条，打开孔盖即可快速地将艾条12点燃并放入有机玻璃罩5内，尽量减少外部空气对有机玻璃罩5内环境的影响。
进一步地，有机玻璃罩5的底部靠近开孔处设置托盘，托盘由耐高温材质制成，艾条12设置于托盘内，防止艾条12燃烧损坏有机玻璃罩5，延长有机玻璃罩5使用寿命。
在本发明的其他具体实施方式中，单片机11通过无线收发装置与计算机10相连，提高装置的灵活适应性。
本发明还提供一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的方法，包括如下步骤：
步骤一、点燃蜡烛3，开始计时，每隔25秒记录二氧化碳浓度检测仪9及单片机11的示数，保存微单相机内相对应的纹影图像，依次采集5组数据；
步骤二、点燃蜡烛3的同时将艾条12点燃，开始计时，每隔25秒记录二氧化碳浓度检测仪9及单片机11的示数，保存微单相机内相对应的纹影图像，依次采集5组数据；
步骤三、将采集好的纹影图像用MATLAB进行图像处理，将得到的数据进行对比，得到不同二氧化碳浓度环境下，纹影图像的变化趋势，通过下列公式：
(n-1)x＝(n-1)N·[1+0.5327·(x-0.04％)]
x表示二氧化碳浓度改变量，(n-1)N表示在该状态下的空气折射率尾数，n表示空气折射率。计算得到不同二氧化碳浓度环境下的空气折射率，建立在相应的温度、压强环境下，不同二氧化碳浓度与空气折射率关系表，则可将艾烟浓度及空气折射率梯度通过纹影图像及数据处理关系表可视化。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，其特征在于：包括呈直线型依次设置的LED灯、有机玻璃罩、刀口和微单反相机，所述LED灯、所述刀口和所述微单反相机的高度相匹配，所述有机玻璃罩靠近所述LED灯的侧面上设置第一凸透镜，所述第一凸透镜的焦点与所述LED灯相对设置，所述有机玻璃罩上还设置第二凸透镜，所述第二凸透镜与所述第一凸透镜相对设置，所述有机玻璃罩的内腔为密封结构，所述有机玻璃罩内还设置蜡烛和艾条，所述有机玻璃罩的内侧壁上还设置二氧化碳浓度检测仪和温度压强传感器，所述温度压强传感器与单片机相连，所述单片机还连接有计算机。
2.根据权利要求1所述的测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，其特征在于：所述LED灯、所述刀口和所述微单反相机的底部均设置底托，所述LED灯、所述刀口和所述微单反相机均与所述底托可拆卸连接，所述底托的高度能够调节。
3.根据权利要求1所述的测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，其特征在于：所述有机玻璃罩为分体式长方体结构，所述有机玻璃罩包括壳体和上盖，所述壳体和所述上盖通过合页相连，所述合页相对的一侧设置锁扣，所述壳体和所述上盖之间还设置密封压条。
4.根据权利要求3所述的测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，其特征在于：所述蜡烛设置于所述壳体的底部。
5.根据权利要求4所述的测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，其特征在于：所述蜡烛位于所述第一凸透镜的焦点和所述第二凸透镜的焦点的连线上，所述艾条位于所述第一凸透镜的焦点和所述第二凸透镜的焦点的连线的一侧。
6.根据权利要求5所述的测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，其特征在于：所述壳体上还设置开孔，所述开孔处设置孔盖，所述孔盖与所述壳体铰接，所述孔盖与所述开孔之间设置密封压条。
7.根据权利要求6所述的测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，其特征在于：所述有机玻璃罩的底部靠近所述开孔处设置托盘，所述托盘由耐高温材质制成，所述艾条设置于所述托盘内。
8.根据权利要求1所述的测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，其特征在于：所述单片机通过无线收发装置与所述计算机相连。
9.一种测量艾烟浓度及空气折射率梯度的方法，利用权利要求1-8任一项所述的测量艾烟浓度及空气折射率梯度的装置，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、点燃蜡烛，开始计时，每隔25秒记录二氧化碳浓度检测仪及单片机的示数，保存微单相机内相对应的纹影图像，依次采集5组数据；
步骤二、点燃蜡烛的同时将艾条点燃，开始计时，每隔25秒记录二氧化碳浓度检测仪及单片机的示数，保存微单相机内相对应的纹影图像，依次采集5组数据；
步骤三、将采集好的纹影图像用MATLAB进行图像处理，将得到的数据进行对比，得到不同二氧化碳浓度环境下，纹影图像的变化趋势，通过下列公式：
(n-1)x＝(n-1)N·[1+0·5327·(x-0.04％)]
x表示二氧化碳浓度改变量，(n-1)N表示二氧化碳浓度改变量为x时的空气折射率尾数，n表示空气折射率；计算得到不同二氧化碳浓度环境下的空气折射率，建立在相应的温度、压强环境下，不同二氧化碳浓度与空气折射率关系表，则可将艾烟浓度及空气折射率梯度通过纹影图像及数据处理关系表可视化。
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