[发明专利]一种大范围多点流体浓度测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体测量系统，尤其涉及一种大范围多点流体浓度测量系统。

背景技术

PLIF（Planar Laser Induced Fluorescence）原理指的是利用激光将特定分子由电子基态激发至激发态，稍后测量分子由电子激发态持续放出的光子，激光的波长通过分子的吸收谱带，就可以把荧光强度描绘成激发激光波长的函数，得到激发光谱。从荧光光谱的强弱，可得知粒子的浓度以及温度；利用其空间分辨性还可以测量粒子的空间浓度/温度分布。但是在现有技术中，传统的PLIF只能测量小范围平面浓度分布，单点测量传感器只能通过接触单点获取浓度值，或者需要通过测桥布设很多探头，导致了测量效率低下且测量成本高，已经不能满足人们的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大范围多点流体浓度测量系统，通过光学方式可一次性测量大范围浓度分布，解决现有技术存在的缺憾。

本发明采用如下技术方案实现：

一种大范围多点流体浓度测量系统，其特征在于，包括激光子系统、图像采集子系统、图像分析子系统和率定系统，其中：

所述激光子系统内包括用于在流场中精确测量示踪物质的荧光剂，以及根据荧光剂的类型与其吸收/发射光谱特征相适应的连续激光器，还包括连续激光扫描系统，所述连续激光扫描系统用于控制激光照射点位置，控制脉冲能量和重复速率、扫描点阵的数量和分布；

所述图像采集子系统内包括一个或多个设置有CCD/CMOS的高分辨率的工业相机，该工业相机可由外部触发或由软件触发，所述工业相机由微控制器进行控制采集，工业相机架设在明渠水槽/试验模型的上方用于采集记录激光投射处的荧光图像，在CCD/CMOS相机感光芯片上前置有长通滤光镜，长通滤光镜的作用是阻隔溶液中其他不溶性物质对激光的反射，根据视场尺寸和布设条件定焦；CCD (Charge-coupled Device)即电荷耦合元件，也称为CCD图像传感器或图像控制器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。CCD广泛应用于数码摄影尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜和高速摄影技术。

所述图像分析子系统包括一个通过微控制器进行远程控制的计算机，计算机内设置有大范围浓度场测量软件；

所述率定系统内设置有率定水槽，遮光系统，示踪精确滴定系统。

进一步的，所述荧光剂为荧光素二钠盐。

进一步的，所述长通滤光镜为500-600nm长通滤光镜。

进一步的，所述图像采集子系统内设置有wifi/3G/4G/ZigBee，用于进行无线控制和数据传输。

进一步的，所述工业相机的采集频率为10-100FPS，每帧的曝光时间为1-100ms。

本发明是基于现代激光技术、荧光技术和图像处理技术的大范围非接触式测量系统。激光通过三维振镜扫描到二维测量平面，激发水中的荧光示踪物质，由配备长通滤光镜的相机抓取荧光物质释放出来的荧光强度，通过相关算法可以精确的测量特定点的荧光物质浓度。相较其他方法，多点浓度测量系统的非接触式特征使得安装设备的用时更短，无扰动且布设简洁，可一次性地测量大范围浓度分布，且不会对流体产生扰动和影响，获取数据更为简易和快捷。

附图说明

图1是荧光素二钠盐溶液的吸收/释放光谱图。

图2是通过激光投射点的RhodamineWT浓度时间序列曲线。

具体实施方式

通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本发明，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本发明技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变和/或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本发明的技术方案所限定的保护范围。

本发明基于PLIF（Planar Laser Induced Fluorescence）原理，利用激光将特定分子由电子基态激发至激发态，稍后测量分子由电子激发态持续放出的光子，激光的波长通过分子的吸收谱带，就可以把荧光强度描绘成激发激光波长的函数，进而得到激发光谱。从荧光光谱的强弱可得知粒子的浓度以及温度；利用其空间分辨性还可以测量粒子的空间浓度/温度分布。