CN109839335A - 可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，包括透明有机玻璃圆筒、高倍摄像机、摄像机镜头、控制电脑、LED背光板，高倍摄像机的前端安装摄像机镜头，摄像机镜头安装于透明有机玻璃圆筒侧壁居中位置，高倍摄像机电性连接于控制电脑；所述透明有机玻璃圆筒内还安装有相对摄像机镜头设置的LED背光板，所述LED背光板固定于可伸缩连接杆的一端，所述LED背光板与摄像机镜头位于同一高度，且通过调节可伸缩连接杆实现与摄像机镜头之间的距离可调。本发明可以模拟多种水体紊动条件，可以进行多种浓度试验，根据试验浓度的大小对光源位置便捷地进行调节，以实现最佳的观测效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种观测系统，具体是一种可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统。
背景技术
高倍摄像机被广泛应用于絮团观测，通过对记录的录像文件进行图像分析处理，可以得到絮团粒径、形状以及沉降速度等泥沙絮凝研究关键参数。现有泥沙絮凝研究手段主要存在两方面不足：第一，对絮凝的研究大多集中于静水沉降环境，而水体紊动是影响絮凝过程和絮团特性的关键因素，因此静水环境得到的试验结果不能反映天然水体中不同水动力环境下的真实情况；第二，目前的观测设备通常只能进行悬沙浓度不超过50-100mg/L的试验，原因有两个：一是浓度较高后光源穿透受到影响，导致拍摄的图像曝光不够，显示不清晰，难以准确获取絮团相关参数；二是浓度较高后可能出现较多沿拍摄方向不同位置絮团的相互重合，也会影响絮团参数获取。而悬沙浓度也是影响泥沙絮凝的一个重要要素，因此不仅需要研究低浓度条件下的絮团特性，也有必要开展较高浓度下的试验研究，但是基于当前的设备难以实施。
发明内容
本发明提供一种可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，以解决现有观测设备的缺陷，其可以根据研究需要进行不同水动力和浓度的模拟试验，基于试验浓度的大小对光源位置便捷地进行调节，以实现最佳的观测效果。
一种可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，包括透明有机玻璃圆筒、高倍摄像机、摄像机镜头、控制电脑、LED背光板，所述高倍摄像机的前端安装摄像机镜头，摄像机镜头安装于透明有机玻璃圆筒侧壁居中位置，所述高倍摄像机电性连接于控制电脑；其特征在于：所述透明有机玻璃圆筒内还安装有相对摄像机镜头设置的LED背光板，所述LED背光板固定于可伸缩连接杆的一端，所述LED背光板与摄像机镜头位于同一高度，且通过调节可伸缩连接杆实现与摄像机镜头之间的距离可调。
进一步的，还包括搅动装置，用于搅动所述透明有机玻璃圆筒内的液体实现不同水体紊动条件。
进一步的，所述搅动装置包括可变频电机、叶轮，所述叶轮置于透明有机玻璃圆筒内，其中心处固定连接叶轮连接杆，所述叶轮连接杆的顶端连接可变频电机。
进一步的，所述搅动装置包括振动格栅、格栅连接杆、旋转电机，振动格栅置于透明有机玻璃圆筒内，通过格栅连接杆与旋转电机连接，通过旋转电机控制振动格栅上下振动，以产生近似各向同性的格栅紊流，进而实现不同水体紊动条件。
进一步的，所述可伸缩连接杆的另一端与可伸缩连接杆固定杆连接，可伸缩连接杆固定杆呈竖直设置，将可伸缩连接杆横向固定于透明有机玻璃圆筒内。
进一步的，所述可伸缩连接杆为伸缩式杆状结构，由多节伸缩杆连接而成，相邻伸缩杆之间通过可伸缩连接杆固定栓连接。
进一步的，可伸缩连接杆固定栓与伸缩杆之间的连接方式为螺纹连接或插接。
进一步的，还包括驱动电机、驱动杆、浓度传感器，所述可伸缩连接杆包括至少两个相互套接滑动的伸缩杆，外端的伸缩杆具有滑动部，浓度传感器和驱动电机均与控制电脑连接，控制电脑根据浓度传感器监测的浓度值控制驱动电机的运转，进而调节驱动杆的前后移动实现LED背光板与摄像机镜头之间的距离调节。
进一步的，所述可伸缩连接杆的另一端与可伸缩连接杆固定杆连接，可伸缩连接杆固定杆呈竖直设置，所述驱动电机安装于可伸缩连接杆固定杆。
进一步的，所述LED背光板通过LED控制器与控制电脑连接。
本发明通过高倍摄像机采用的图像分析处理技术，得到絮团粒径、形状以及沉降速度结果；观测方式为直接观测动水环境中的样品，LED背光板可提供额外的光源，有利于获取高质量的录像文件用于后期数据分析；通过可伸缩连接杆调节LED背光板与高倍摄像机镜头之间距离，能够更加真实、准确地得到不同悬沙浓度条件下絮团图像数据。
附图说明
图1是本发明可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统实施例一的结构示意图；
图2是本发明可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统实施例二的结构示意图；
图3是本发明中搅动装置另一实施例的结构示意图。
图中：1—透明有机玻璃圆筒；2—高倍摄像机；3—摄像机镜头；4—控制电脑；5—LED背光板；6—可伸缩连接杆；7—可伸缩连接杆固定栓；8—可伸缩连接杆固定杆；9—叶轮；10—叶轮连接杆；11—可变频电机；12—LED控制器；13—驱动电机；14—驱动杆；15—浓度传感器；16—振动格栅；17—格栅连接杆；18—旋转电机；61—滑动部。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1，本发明可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统实施例一包括透明有机玻璃圆筒1、高倍摄像机2、摄像机镜头3、控制电脑4、LED背光板5、搅动装置，所述高倍摄像机2的前端安装摄像机镜头3，摄像机镜头3安装于透明有机玻璃圆筒1侧壁居中位置，所述高倍摄像机2电性连接于控制电脑4。
所述搅动装置用于搅动所述透明有机玻璃圆筒1内的液体实现不同水体紊动条件。所述搅动装置其中一个实施例包括可变频电机11、叶轮9，所述叶轮9安装于透明有机玻璃圆筒1内部，所述叶轮9的中心处固定连接叶轮连接杆10，且所述叶轮连接杆10的顶端连接可变频电机11的转轴，在可变频电机11的驱动下带动叶轮9旋转，通过控制叶轮9的转速可以实现不同水体紊动条件。在另一实施例中，如图3所示，所述搅动装置包括振动格栅16、格栅连接杆17、旋转电机18，振动格栅16置于透明有机玻璃圆筒1内，通过格栅连接杆17与旋转电机18连接，旋转电机18可带动格栅连接杆17上下运动，通过旋转电机18控制振动格栅16上下振动，以产生近似各向同性的格栅紊流，进而实现不同水体紊动条件。
所述透明有机玻璃圆筒1内还安装有相对摄像机镜头3设置的LED背光板5，所述LED背光板5与摄像机镜头3位于同一高度，且与摄像机镜头3之间的距离可调。在本实施例中，所述LED背光板5固定于可伸缩连接杆6的一端，所述可伸缩连接杆6的另一端与可伸缩连接杆固定杆8连接，可伸缩连接杆固定杆8呈竖直设置，将可伸缩连接杆6横向固定于透明有机玻璃圆筒1内，所述可伸缩连接杆6为伸缩式杆状结构，其可由多节伸缩杆连接而成，相邻伸缩杆之间通过可伸缩连接杆固定栓7连接。通过向外抽出伸缩杆可实现可伸缩连接杆6整个长度的延长，向内拉入伸缩杆可实现可伸缩连接杆6整个长度的缩短，可伸缩连接杆固定栓7与伸缩杆之间的连接方式可为螺纹连接或插接。所述可伸缩连接杆6的伸缩式结构可通过手动调节可伸缩连接杆6的长度实现LED背光板5与摄像机镜头3之间的距离的灵活调整。
所述LED背光板5还通过LED控制器12(型号：CCS-PB-2430)与控制电脑4连接，LED控制器12用于控制LED背光板5的发光强度、工作启停等。
请继续参阅如2，在实施例二中，其与实施例一的区别在于可伸缩连接杆6为自动调节，其还设置有：驱动电机13、驱动杆14、浓度传感器15，所述驱动电机13安装于可伸缩连接杆固定杆8，驱动电机13通过驱动杆14与可伸缩连接杆6的滑动部61连接，所述可伸缩连接杆6可设计为相互套接滑动的伸缩式结构，包括至少两个相互套接滑动的伸缩杆，外端的伸缩杆具有滑动部61，外力驱动滑动部61即可实现外端伸缩杆的伸出与缩进。
本实施例通过驱动电机13带动驱动杆14前后移动，由于驱动杆14与滑动部61连接，进而可带动滑动部61前后移动实现外端伸缩杆的伸出与缩进，进而实现可伸缩连接杆6长度的调节，实现LED背光板5与摄像机镜头3之间的距离的灵活调整。本实施例中还在透明有机玻璃圆筒1侧壁安装有浓度传感器15，用于监测透明有机玻璃圆筒1内装入的样品悬沙浓度，浓度传感器15和驱动电机13均与控制电脑4连接，控制电脑4根据浓度传感器15监测的浓度值控制驱动电机13的运转，进而调节驱动杆14的前后移动实现LED背光板5与摄像机镜头3之间的距离调节。具体的，低浓度时，控制电脑4控制驱动电机13带动驱动杆14后退，调节LED背光板5与高倍摄像机镜头3之间距离远一些，高浓度时，控制电脑4控制驱动电机13带动驱动杆14前进，调节LED背光板5与高倍摄像机镜头3之间距离近一些。
本发明在使用时，首先，将一定浓度的样品放入透明有机玻璃圆筒1中，根据浓度的高低调节可伸缩连接杆6的位置以调节LED背光板5与高倍摄像机镜头3之间的距离，低浓度时调节LED背光板5与高倍摄像机镜头3之间距离远一些，高浓度时调节LED背光板5与高倍摄像机镜头3之间距离近一些；接通电源，使可变频电机11和高倍摄像机2均处于通电的状态，调节可变频电机11的功率，可变频电机11带动叶轮连接杆10的转动，叶轮连接杆10带动叶轮9的转动，通过控制叶轮9的转速可以实现不同水体紊动条件；调节至某一特定的水体紊动条件后，用高倍摄像机2进行观测，LED背光板5能够通过额外的光源，控制电脑4上可以实时记录高倍摄像机2的观测记录情况。
所述可移动LED背光板5在提供额外光源的同时，低浓度试验时，可将光源移动到距离摄像机镜头3较远处，增大观测区间，使得有足够多的絮团能够被观测记录；高浓度时则可将光源移动到距离摄像镜头较近处，减小观测区间，避免拍摄到的絮团颗粒太多影响数据的准确提取。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，包括透明有机玻璃圆筒(1)、高倍摄像机(2)、摄像机镜头(3)、控制电脑(4)、LED背光板(5)，所述高倍摄像机(2)的前端安装摄像机镜头(3)，摄像机镜头(3)安装于透明有机玻璃圆筒(1)侧壁居中位置，所述高倍摄像机(2)电性连接于控制电脑(4)；其特征在于：所述透明有机玻璃圆筒(1)内还安装有相对摄像机镜头(3)设置的LED背光板(5)，所述LED背光板(5)固定于可伸缩连接杆(6)的一端，所述LED背光板(5)与摄像机镜头(3)位于同一高度，且通过调节可伸缩连接杆(6)实现与摄像机镜头(3)之间的距离可调。
2.如权利要求1所述的可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，其特征在于：还包括搅动装置，用于搅动所述透明有机玻璃圆筒(1)内的液体实现不同水体紊动条件。
3.如权利要求2所述的可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，其特征在于：所述搅动装置包括可变频电机(11)、叶轮(9)，所述叶轮(9)置于透明有机玻璃圆筒(1)内，其中心处固定连接叶轮连接杆(10)，所述叶轮连接杆(10)的顶端连接可变频电机(11)。
4.如权利要求2所述的可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，其特征在于：所述搅动装置包括振动格栅(16)、格栅连接杆(17)、旋转电机(18)，振动格栅(16)置于透明有机玻璃圆筒(1)内，通过格栅连接杆(17)与旋转电机(18)连接，通过旋转电机(18)控制振动格栅(16)上下振动，以产生近似各向同性的格栅紊流，进而实现不同水体紊动条件。
5.如权利要求1所述的可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，其特征在于：所述可伸缩连接杆(6)的另一端与可伸缩连接杆固定杆(8)连接，可伸缩连接杆固定杆(8)呈竖直设置，将可伸缩连接杆(6)横向固定于透明有机玻璃圆筒(1)内。
6.如权利要求1所述的可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，其特征在于：所述可伸缩连接杆(6)为伸缩式杆状结构，由多节伸缩杆连接而成，相邻伸缩杆之间通过可伸缩连接杆固定栓(7)连接。
7.如权利要求6所述的可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，其特征在于：可伸缩连接杆固定栓(7)与伸缩杆之间的连接方式为螺纹连接或插接。
8.如权利要求1所述的可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，其特征在于：还包括驱动电机(13)、驱动杆(14)、浓度传感器(15)，所述可伸缩连接杆(6)包括至少两个相互套接滑动的伸缩杆，外端的伸缩杆具有滑动部(61)，浓度传感器(15)和驱动电机(13)均与控制电脑(4)连接，控制电脑(4)根据浓度传感器(15)监测的浓度值控制驱动电机(13)的运转，进而调节驱动杆(14)的前后移动实现LED背光板(5)与摄像机镜头(1)之间的距离调节。
9.如权利要求8所述的可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，其特征在于：所述可伸缩连接杆(6)的另一端与可伸缩连接杆固定杆(8)连接，可伸缩连接杆固定杆(8)呈竖直设置，所述驱动电机(13)安装于可伸缩连接杆固定杆(8)。
10.如权利要求1所述的可直接观测多种水动力及浓度环境的絮凝沉降实验系统，其特征在于：所述LED背光板(5)通过LED控制器(12)与控制电脑(4)连接。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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