一種浸入式在線多相測量儀及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種浸入式在線多相測量儀及測量方法，所述測量儀包括：封裝管；視窗；LED燈和可調(diào)制光源，可調(diào)制光源包括電源、信號發(fā)生器和示波器；遠(yuǎn)心鏡頭和圖像傳感器；控制器；信號處理與輸出系統(tǒng)；顯示系統(tǒng)；LED燈、遠(yuǎn)心鏡頭和圖像傳感器位于封裝管中，圖像傳感器的曝光周期小于信號發(fā)生器的脈沖周期。該測量儀所使用照相探頭體積小、可移動(dòng)、不易受流體溫度以及周圍環(huán)境影響，可用于兩相、三相甚至三相以上、透明及不透明體系的實(shí)時(shí)在線、定量測量；能捕捉到多相反應(yīng)器內(nèi)局部流體流動(dòng)的高對比度圖像，利用相應(yīng)的測量方法和專業(yè)的圖像處理軟件即可得到高速流動(dòng)的多相流中氣泡、液滴或固體顆粒等的濃度、粒度和速度分布。
【專利說明】
一種浸入式在線多相測量儀及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于物理測量裝置，涉及一種浸入式在線多相測量儀及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)化工反應(yīng)器內(nèi)，往往存在復(fù)雜的不同相態(tài)的流動(dòng)、混合、分散、傳遞和反應(yīng)。 氣泡、液滴或固體顆粒的粒度和濃度分布等參數(shù)是反應(yīng)器內(nèi)部特性信息最直接、最有效的 反映，是多相反應(yīng)器分析、選型及設(shè)計(jì)放大的關(guān)鍵參數(shù)。
[0003] 目前對多相流中氣泡和固體顆粒分布的測定最常用的手段是基于光反射的光纖 探針法和基于電導(dǎo)的電導(dǎo)（電容)探針法，這兩種方法在氣液和液固兩相的研究中獲得了很 多成功應(yīng)用。例如，多相管流中相含率和相界面的單絲電容探針測量系統(tǒng)(CN 1865966A)和 基于雙頭電容探針的兩相流參數(shù)測量方法和裝置(CN 101413911A)。但是，這兩種方法也存 在一些局限性：電導(dǎo)類探針要求多相流中被測相為導(dǎo)電介質(zhì);針式光纖探針光纖非常容易 斷絲損毀；當(dāng)存在多個(gè)分散相時(shí)采樣信號會(huì)相互干擾，影響測量結(jié)果。此外，測定多相流中 氣泡和固體顆粒分布的方法還有超聲波斷層成像、伽馬射線斷層成像和電子斷層成像技術(shù) 等，它們最大的優(yōu)勢是非侵入性，但價(jià)格昂貴且時(shí)空解析率仍需提高。
[0004] 光學(xué)拍照是一種最直觀的測量方法，分為非侵入式和侵入式照相兩種。非侵入式 照相的突出優(yōu)點(diǎn)是不干擾流場，其缺點(diǎn)在于要求被測管道透明或者安裝有視窗，同時(shí)被測 氣泡或顆粒濃度要求較稀。侵入式照相中比較典型的光纖內(nèi)窺鏡，可以直接伸入反應(yīng)器內(nèi) 進(jìn)行在線測量，但是其缺點(diǎn)是受限于光纖直徑分辨率低，前端的廣角物鏡也會(huì)造成較大的 圖像畸變。
[0005] 遠(yuǎn)心鏡頭的突出優(yōu)點(diǎn)在于通過一組光學(xué)鏡片形成平行光照射，圖像幾乎不發(fā)生畸 變(普通鏡頭畸變系數(shù)通常大于1~2%，遠(yuǎn)心鏡頭小于0.1%)<XN 203405417U公開了一種 管道內(nèi)氣液兩相流的圖像法測量裝置，采用光源通過透明管道或視窗照明待測液滴，采用 激光光源照明液膜液面，采用遠(yuǎn)心鏡頭和CCD或CMOS圖像傳感器對待測區(qū)域內(nèi)的液滴或液 膜進(jìn)行成像;將單個(gè)液滴圖像的離焦模糊半徑與測量系統(tǒng)的容許彌散圓大小進(jìn)行比較以剔 除鏡頭景深范圍外液滴的成像;處理景深范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)液滴的圖像以提取粒徑大小、速度大 小和方向，通過對大量液滴進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得待測區(qū)域內(nèi)液滴粒徑分布、速度分布、統(tǒng)計(jì)時(shí)間 段內(nèi)平均體積濃度和平均體積流量;通過液膜圖像中液面與管壁的距離確定液膜厚度。所 述裝置以非侵入方式對待測區(qū)域的液滴或液膜進(jìn)行成像，雖解決了圖像畸變的問題，但也 存在前述非侵入式照相的各種缺點(diǎn)。
[0006] 侵入式遠(yuǎn)心照相或可解決以上技術(shù)中存在的種種缺點(diǎn)，但要實(shí)現(xiàn)侵入式遠(yuǎn)心照相 仍需要解決：（1)探頭需要達(dá)到一定長度，以使其能伸入到多相反應(yīng)器內(nèi)各個(gè)位置進(jìn)行測 量；（2)多相反應(yīng)器內(nèi)的流體介質(zhì)將會(huì)使光照強(qiáng)度指數(shù)衰減，需要充足的光照以保證照相時(shí) 足夠的曝光量；（3)多相反應(yīng)器內(nèi)流體在高速的流動(dòng)，需要解決高速運(yùn)動(dòng)物體捕捉。此外，探 頭尺寸還應(yīng)盡可能的小以減小對流場的干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種浸入式在線多相測量儀及測量方法，所述在線多相測 量儀能捕捉到多相反應(yīng)器內(nèi)局部流體流動(dòng)的清晰圖像，利用專業(yè)的圖像處理軟件即可得到 高速流動(dòng)的多相流中顆粒濃度和粒度分布，實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)器的實(shí)時(shí)、在線測量。
[0008] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種浸入式在線多相測量儀，所述多相測量儀包括：
[0010] 封裝管；
[0011] 視窗，密封連接于封裝管一端；
[0012]用于照明多相流的照明系統(tǒng)，包括LED燈和與LED燈相連的可調(diào)制光源，可調(diào)制光 源包括電源、信號發(fā)生器和示波器；
[0013] 用于拍照的照相系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)心鏡頭和圖像傳感器；
[0014] 與信號發(fā)生器和圖像傳感器相連的控制器；
[0015] 與圖像傳感器相連的信號處理與輸出系統(tǒng)；
[0016] 與信號處理與輸出系統(tǒng)相連的顯示系統(tǒng)；
[0017]其中，LED燈、遠(yuǎn)心鏡頭和圖像傳感器位于封裝管中，控制器控制圖像傳感器的曝 光周期小于信號發(fā)生器的脈沖周期。
[0018] LED燈的亮度、顏色和脈沖周期通過所述可調(diào)制光源中選擇電源、調(diào)節(jié)信號發(fā)生器 和示波器示波進(jìn)行控制。所述圖像傳感器和可調(diào)制光源通過調(diào)節(jié)匹配光源脈沖周期和圖像 傳感器曝光周期實(shí)現(xiàn)脈沖照明和照相同步。最適宜的LED燈亮度、顏色和脈沖周期可根據(jù)多 次拍照得到的圖像的清晰度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，直至圖像清晰度最高，符合要求即可。
[0019] 所述浸入式在線多相測量儀用于測量多相反應(yīng)器中流體的狀態(tài)，不易受流體溫度 以及周圍環(huán)境影響，適用的濃度范圍廣，可以實(shí)時(shí)在線、定量直觀對多相反應(yīng)器內(nèi)顆粒特性 進(jìn)行準(zhǔn)確測量。
[0020] 為了測量時(shí)多相測量儀能深入到多相反應(yīng)器的各個(gè)位置，所述遠(yuǎn)心鏡頭的工作距 離為250 ~550mm，如260mm、300mm、350mm、380mm、420mm、470mm 或520mm 等，景深為 1 ~3.7mm， 如1 ? 2mm、1 ? 5mm、1 ? 8mm、2 ? 0mm、2 ? 2mm、2 ? 5mm、2 ? 8mm、3 ? 0mm或 3 ? 5mm 等。
[0021] 為了盡可能小的干擾流場，可適當(dāng)放棄鏡頭的放大倍率。優(yōu)選地，所述遠(yuǎn)心鏡頭的 放大倍率為0.5~1倍，如0.6倍、0.7倍、0.8倍或0.9倍等。
[0022] 優(yōu)選地，所述遠(yuǎn)心鏡頭的外徑為19~25mm，如20mm、21mm、22mm、23mm或24mm等。 [0023]所述圖像傳感器為(XD相機(jī)或CMOS相機(jī)。
[0024] 優(yōu)選地，所述(XD相機(jī)或CMOS相機(jī)的曝光時(shí)間< 1ms，如0.1ms，0.5ms，1ms等，分辨 率為5~15_，如6ym、7ym、8ym、9ym、1 Oym、12_或14ym等，長和寬方向像素?cái)?shù)至少為800 (H) X600(V)，如2560(H) X1920(V)、2048(H) X 1536(V)、1600(H) X1200(V)、1280(H) X 1024 (V)或800(H) X 600(V)等，幀頻至少為60fps，如60fps，lOOfps，150fps，200fps或lOOOfps 等。
[0025] 所述LED燈位于封裝管中，所述可調(diào)制光源位于封裝管外。通過可調(diào)制光源能夠調(diào) 制不同多相體系照相所需要的不同波長的脈沖光。為了照明更均勻，所述LED燈的個(gè)數(shù)至少 為12個(gè)，如12個(gè)、16個(gè)、20個(gè)或24個(gè)等。
[0026] 優(yōu)選地，所述LED燈在封裝管中組成環(huán)形均勻排列。在保證亮度的前提下環(huán)形LED 燈的內(nèi)徑應(yīng)盡可能小。
[0027] 優(yōu)選地，所述LED燈與可調(diào)制光源之間通過導(dǎo)線連接。
[0028] 所述封裝管由直徑不同的前段管和后段管組成；
[0029] 優(yōu)選地，所述前段管的外徑為25~30mm，如25mm、26mm或28mm等，長度為300~ 600mm，如 3 20mm、3 50mm、400mm、450mm、500mm、550mm 或 580mm 等。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)所選 遠(yuǎn)心鏡頭的具體參數(shù)決定封裝管前段管的具體尺寸。
[0030] 優(yōu)選地，所述后段管的外徑為50mm，長度為50mm，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)所選圖像 傳感器的尺寸決定后段封裝管的具體尺寸。
[0031]優(yōu)選地，所述封裝管的材質(zhì)為不銹鋼。
[0032] 所述視窗、LED燈和遠(yuǎn)心鏡頭封裝于前段管中，所述視窗置于前段管遠(yuǎn)離后段管的 一端，其后依次設(shè)置LED燈和遠(yuǎn)心鏡頭，所述圖像傳感器(CCD或CMOS相機(jī))封裝于后段管中。
[0033] 所述視窗為內(nèi)側(cè)鍍增透膜的圓形玻璃，以使光線透射率超過95%，視窗與封裝管 之間做防水機(jī)械密封。
[0034] 所述圖像傳感器與控制器通過高速數(shù)據(jù)線連接，實(shí)現(xiàn)圖像的高速傳輸。
[0035] 所述顯示系統(tǒng)為顯示屏。所述顯示系統(tǒng)用于顯示從信號處理與輸出系統(tǒng)接收到的 信號。
[0036]所述信號處理與輸出系統(tǒng)、控制器及顯示系統(tǒng)集成為計(jì)算機(jī)。所述計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn) 信號處理與輸出系統(tǒng)、控制器及顯示系統(tǒng)的功能。
[0037] 本發(fā)明還提供了利用如上所述的在線多相測量儀測量多相流狀態(tài)的方法，所述方 法為:將所述浸入式在線多相測量儀置于多相流反應(yīng)器中，照明系統(tǒng)和照相系統(tǒng)同步進(jìn)行 拍照，獲得多相流反應(yīng)器中流體的圖像信息，之后，利用圖像分析軟件分析圖像信息，得到 浸入式在線多相測量儀前端面所在位置處多相流的狀態(tài)信息。
[0038] 所述浸入式在線多相測量儀前端面是指封裝管的前端面。所述前端面是指遠(yuǎn)心鏡 頭靠近的端面。
[0039] 所述圖像分析軟件為Image-Pro Plus軟件。
[0040] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0041] 本發(fā)明提供的侵入式在線多相測量儀用于多相反應(yīng)器中，具有體積小、可移動(dòng)、不 易受流體溫度（l〇〇°C以下，受限于遠(yuǎn)心鏡頭和圖像傳感器材料及密封膠）以及周圍電場、磁 場等環(huán)境影響，理論上可適用濃度上限約為60%的兩相體系中固體、液滴或氣泡的測量(取 決于顆粒尺寸和光路長度），對具有兩種甚至更多種不同分散顆粒的多相流也可適用，也適 用于體積較大、不透明的反應(yīng)器，可以通過連續(xù)拍照實(shí)時(shí)在線、定量直觀對多相反應(yīng)器內(nèi)穩(wěn) 態(tài)和非穩(wěn)態(tài)過程中顆粒特性(濃度、粒徑及速度)進(jìn)行測量。
【附圖說明】
[0042] 圖1是本實(shí)施例1提供的浸入式在線多相測量儀的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0043] 其中：1，視窗;2，LED燈;3，不銹鋼封裝管;4，遠(yuǎn)心鏡頭;5，微型高速CMOS相機(jī);6，可 調(diào)制光源;7，導(dǎo)線;8，USB3.0數(shù)據(jù)傳輸線;9，高速圖像采集卡;10，采樣計(jì)算機(jī)。
[0044] 圖2是實(shí)施例1提供的照明閃光和CCD拍照同步的控制模式。
[0045] 圖3是實(shí)施例2提供的液-固體系的二次曝光圖像。
[0046] 圖4是實(shí)施例2提供的液-固體系的二次曝光圖像處理結(jié)果。
[0047] 圖5是實(shí)施例2提供的利用顆粒速度測量方法獲得的固體顆粒速度分布圖。
[0048] 圖6是采用在線多相測量儀得到的氣-液-固體系中顆粒的圖像，其中，（a)是測量 點(diǎn)瞬時(shí)圖像;（b)固體顆粒粒度測量結(jié)果；（c)氣泡粒度測量結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0050] 實(shí)施例1
[0051] -種浸入式在線多相測量儀，如圖1所示。所述多相測量儀包括：
[0052]不銹鋼封裝管3;
[0053]視窗1，密封連接于不銹鋼封裝管3-端；
[0054]用于照明多相流的照明系統(tǒng)，包括LED燈2和與LED燈2相連的可調(diào)制光源，可調(diào)制 光源包括電源、信號發(fā)生器和示波器；
[0055] 用于拍照的照相系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)心鏡頭4和圖像傳感器，所述圖像傳感器為微型高速 CMOS相機(jī)5;
[0056] 與信號發(fā)生器和圖像傳感器相連的控制器；
[0057]與圖像傳感器相連的信號處理與輸出系統(tǒng)；
[0058]與信號處理與輸出系統(tǒng)相連的顯示系統(tǒng)；
[0059]其中，LED燈、遠(yuǎn)心鏡頭和圖像傳感器位于不銹鋼封裝管中，可調(diào)制光源、控制器、 信號處理與輸出系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)位于不銹鋼封裝管外;控制器控制圖像傳感器的曝光周期 小于信號發(fā)生器的脈沖周期。
[0060] 信號處理與輸出系統(tǒng)、控制器及顯示系統(tǒng)集成為采樣計(jì)算機(jī)10。
[0061] 具體地，不銹鋼封裝管3內(nèi)最前端為一視窗1，視窗1為一圓形內(nèi)側(cè)鍍增透膜藍(lán)寶石 玻璃;視窗1后均布20個(gè)高亮度LED燈2，20個(gè)LED燈2組成環(huán)形，并均勻分布;在LED燈2后端安 裝遠(yuǎn)心鏡頭4，遠(yuǎn)心鏡頭相關(guān)參數(shù)為:倍率1，物方及像方視野均為巾8mm(巾為直徑），工作距 離250mm±3%，遠(yuǎn)心度〈0.1°，景深2.1mm，分辨率14.3mi，光學(xué)畸變〈0.12%，為清晰成像，遠(yuǎn) 心鏡頭4的前端距離視窗1外側(cè)表面距離為遠(yuǎn)心鏡頭的工作距。遠(yuǎn)心鏡頭4通過標(biāo)準(zhǔn)C 口與微 型高速CMOS相機(jī)5連接，CMOS相機(jī)參數(shù)為:分辨率1280 X 1024,顏色黑白，幀速150fps，接口 USB3.0。視窗1、LED燈2、遠(yuǎn)心鏡頭4和微型高速CMOS相機(jī)5封裝在不銹鋼封裝管3內(nèi)。所述在 線多相測量儀外配置一個(gè)可調(diào)制光源6,可調(diào)制光源6通過導(dǎo)線7與LED燈2相連。遠(yuǎn)心鏡頭4 通過USB3.0數(shù)據(jù)傳輸線8與安裝有高速圖像采集卡9的采樣計(jì)算機(jī)10相連。
[0062] 為了獲得清晰的圖像，采用如圖2所示的控制方式實(shí)現(xiàn)照明閃光和CMOS拍照的同 步，所述控制方式為:開啟光源開關(guān)，通過光源驅(qū)動(dòng)器設(shè)置脈沖光的強(qiáng)度和周期，通過計(jì)算 機(jī)上的控制器設(shè)置圖像拍攝的曝光時(shí)間、光平衡、幀頻和增益，使照明信號的脈沖周期與圖 像傳感器的曝光時(shí)間相匹配（圖像傳感器的曝光周期小于信號發(fā)生器的脈沖周期），以實(shí)現(xiàn) 脈沖光和圖像拍攝的同步。
[0063]實(shí)施例2:利用實(shí)施例1提供的浸入式在線多相測量儀測定液-固體系中固體顆粒 速度分布
[0064]實(shí)驗(yàn)是在內(nèi)徑T = 280mm的橢圓底有機(jī)玻璃攪拌槽中進(jìn)行，攪拌轉(zhuǎn)速為480rpm。靜 止液面高度H=1.2T，攪拌槳為下壓式六斜葉開啟渦輪槳，槳直徑D = T/3,槳離底高度C = T/ 3,攪拌槽四周均勻分布4塊檔板，擋板寬B = T/10。所用固體顆粒為粒徑大小為1mm左右的白 色塑料珠，整體平均固含率(體積比）為0.01。測量點(diǎn)位置為r = 0.025、0.045、0.065、0.085、 0.105、0.125m，z=0.045、0.090、0.135、0.180、0.220、0.260、0.300m。
[0065] 測量方法包括如下步驟：
[0066] (1)將所述在線多相測量儀置于多相流反應(yīng)器的多相體系中，控制圖像傳感器的 曝光時(shí)間^和信號發(fā)生器的脈沖周期t 2,使得tMts，得到兩次曝光的顆粒圖像，如圖3所 示；
[0067] (2)采用精確度為0.1mm的刻度尺標(biāo)定出顆粒圖像中單個(gè)像素的實(shí)際尺寸；
[0068] (3)確定有效顆粒:首先，確定遠(yuǎn)心鏡頭的焦平面位置;之后，將被測物分別置于封 裝管前方、焦平面前后1/2處，其中，1為遠(yuǎn)心鏡頭的景深，單位為_，采用在線多相測量儀對 被測物進(jìn)行拍照，得到被測物圖像，并識別讀取被測物圖像中被測物邊界灰度梯度值Grad (〇 1/2)，〇 1/2為焦平面前后兩側(cè)1/2平面處灰度值，將顆粒圖像中顆粒邊界處灰度梯度 Grad( )彡Grad( 1/2)的顆粒表示為有效顆粒；
[0069] (3)采用顆粒匹配算法識別出顆粒圖像中同一有效顆粒前后兩次曝光的圖像，以 顆粒圖像的左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，利用"二值化、截取部分區(qū)域、提取質(zhì)心"的方法讀取同一顆 粒前后兩次曝光的以像素點(diǎn)序列表示的質(zhì)心坐標(biāo)(mmnM)和( 1^^,1，111_*,1)，用步驟(2) 獲得的單個(gè)像素的實(shí)際尺寸將質(zhì)心坐標(biāo)換算為實(shí)際的長度坐標(biāo)（xmyt.O和（xt+Am
y t+At，i )，
[0070] 則顆粒瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)速度為 其中，At為同一顆粒 前后兩次曝光的時(shí)間間隔。
[0071] 通過對近4000個(gè)顆粒進(jìn)行分析，獲得液-固體系中固體顆粒速度場分布如圖5所 示。根據(jù)CFD模擬所得侵入性誤差分析，照相探頭測量所得顆粒速度結(jié)果誤差〈15%。
[0072] 實(shí)施例3:利用實(shí)施例1所述的浸入式在線多相測量儀測量氣-液-固三相攪拌槽內(nèi) 固體顆粒以及氣泡的粒徑分布
[0073] 實(shí)驗(yàn)在攪拌槽中進(jìn)行，所用固體顆粒為粒徑大小在1_左右的白色塑料珠，整體平 均固含率(體積比）為0.01，測量點(diǎn)位置為r = 0.07m，z = 0.055m。通過環(huán)形氣體分布器進(jìn)氣， 通氣量為800L/h。攪拌轉(zhuǎn)速480rpm。
[0074]所述測量方法包括如下步驟：
[0075] (1)將在線多相測量儀置于所述氣-液-固體系中，得到圖像，如圖6_(a)所示；
[0076] (2)確定有效顆粒：
[0077] 首先，確定焦平面位置:將一個(gè)精確度至少為0.1mm的刻度尺置于與所測多相體系 相同的介質(zhì)中，采用在線多相測量儀對其拍照，調(diào)整刻度尺到封裝管前端的距離，觀察照片 中刻度尺的清晰程度，刻度尺最清晰的位置為焦平面位置；
[0078] 之后，將被測物置于封裝管前方、焦平面前后1/2處，其中，1為遠(yuǎn)心鏡頭的景深，單 位為mm，采用在線多相測量儀對被測物進(jìn)行拍照，得到被測物圖像，識別讀取圖像中被測物 邊界灰度梯度值Grad( 01/2)，01/2為焦平面前后兩側(cè)1/2平面處灰度值，將顆粒邊界處灰 度梯度Grad( 〇 )彡Grad( 〇 1/2)的顆粒表示為有效顆粒；
[0079] (3)將一個(gè)精確度至少為0.1mm的刻度尺置于在線多相測量儀前方，采用圖像傳感 器控制軟件拍攝圖像，通過圖像處理軟件拾取刻度尺上l〇mm距離所對應(yīng)的像素個(gè)數(shù)N 1()，從 而確定單個(gè)像素的實(shí)際長度，計(jì)算有效顆粒所占的像素個(gè)數(shù)，所述有效顆粒的粒徑為cU = 10*m/Ni〇(其中，*表示相乘的意思），其中，di為有效顆粒粒徑，單位為mm;m為圖像中所測有 效顆粒所占的像素個(gè)數(shù);Nio為刻度尺上10mm長度對應(yīng)的像素個(gè)數(shù)；
[0080] 根據(jù)
計(jì)算得到有效顆粒的濃度，其中，S為圖像傳感器感 光部件的有效面積，單位為mm2; 1為遠(yuǎn)心鏡頭的景深，單位為mm，cU為有效顆粒粒徑，單位為 mm〇
[0081]通過對圖像進(jìn)行處理，得到了測量點(diǎn)處的固體顆粒和氣泡尺寸分布，結(jié)果如圖6-(b)和6- (c)所示，固體顆粒的粒徑集中在0.9-1. 1mm，氣泡的粒徑集中在0.5-2.8mm。計(jì)算得 到該點(diǎn)處氣含率和固含率分別為0.016和0.0115。
[0082]
【申請人】聲明，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于此，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭 露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種浸入式在線多相測量儀，其特征在于，所述多相測量儀包括： 封裝管； 視窗，密封連接于封裝管一端； 用于照明多相流的照明系統(tǒng)，包括LED燈和與LED燈相連的可調(diào)制光源，可調(diào)制光源包 括電源、信號發(fā)生器和示波器； 用于拍照的照相系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)心鏡頭和圖像傳感器； 與信號發(fā)生器和圖像傳感器相連的控制器； 與圖像傳感器相連的信號處理與輸出系統(tǒng)； 與信號處理與輸出系統(tǒng)相連的顯示系統(tǒng)； 其中，LED燈、遠(yuǎn)心鏡頭和圖像傳感器位于封裝管中，控制器控制圖像傳感器的曝光周 期小于信號發(fā)生器的脈沖周期。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線多相測量儀，其特征在于，所述遠(yuǎn)心鏡頭的工作距離為 250~550mm，景深為 1 ~3.7mm; 優(yōu)選地，所述遠(yuǎn)心鏡頭的放大倍率為0.5~1倍； 優(yōu)選地，所述遠(yuǎn)心鏡頭的外徑為19~2 5mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在線多相測量儀，其特征在于，所述圖像傳感器為CCD相機(jī) 或CMOS相機(jī)； 優(yōu)選地，所述CCD相機(jī)或CMOS相機(jī)的曝光時(shí)間彡Ims，分辨率為5~15μπι，長和寬方向像 素?cái)?shù)至少為800 X 600，幀頻至少為60fps。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的在線多相測量儀，其特征在于，所述LED燈的個(gè)數(shù)至少 為12個(gè)； 優(yōu)選地，所述LED燈在封裝管中組成環(huán)形均勻排列； 優(yōu)選地，所述LED燈與可調(diào)制光源之間通過導(dǎo)線連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的在線多相測量儀，其特征在于，所述封裝管由直徑不同 的前段管和后段管組成； 優(yōu)選地，所述前段管的外徑為25~30mm，長度為300~600mm; 優(yōu)選地，所述后段管的外徑為50mm，長度為50mm; 優(yōu)選地，所述封裝管的材質(zhì)為不銹鋼。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的在線多相測量儀，其特征在于，所述視窗、LED燈和遠(yuǎn)心鏡頭封 裝于前段管中，所述視窗置于前段管遠(yuǎn)離后段管的一端，其后依次設(shè)置LED燈和遠(yuǎn)心鏡頭， 所述圖像傳感器封裝于后段管中。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的在線多相測量儀，其特征在于，所述視窗為內(nèi)側(cè)鍍增透 膜的圓形玻璃。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的在線多相測量儀，其特征在于，所述信號發(fā)生器和圖像 傳感器通過高速數(shù)據(jù)線與控制器相連； 優(yōu)選地，所述顯示系統(tǒng)為顯示屏； 優(yōu)選地，所述信號處理與輸出系統(tǒng)、控制器及顯示系統(tǒng)集成為計(jì)算機(jī)。9. 利用權(quán)利要求1-8之一所述的浸入式在線多相測量儀測量多相流狀態(tài)的方法，其特 征在于，所述方法為:將所述浸入式在線多相測量儀置于多相流反應(yīng)器中，照明系統(tǒng)和照相 系統(tǒng)同步進(jìn)行拍照，獲得多相流反應(yīng)器中流體的圖像信息，之后，利用圖像分析軟件分析圖 像信息，得到浸入式在線多相測量儀前端面所在位置處多相流的狀態(tài)信息。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述圖像分析軟件為Image-Pro Plus軟 件。
【文檔編號】G01N15/02GK105928841SQ201610245332
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】楊超, 李向陽, 楊士芳, 王冠琦, 毛在砂
【申請人】中國科學(xué)院過程工程研究所, 南京九章化工科技有限公司