[发明专利]可同时测量颗粒粒径与体积浓度的背光成像系统和方法

权利要求书

1.可同时测量颗粒粒径与体积浓度的背光成像系统，其特征在于：它包括支持系统、照明系统、成像系统和校准系统；所述支持系统为所述成像系统和所述照明系统的连接和固定提供支持；所述照明系统提供光源并将光均匀地传输至所述成像系统；所述成像系统为整个系统的核心部分，用于获取水体环境中不透明颗粒粒径和体积浓度数据；所述校准系统保证所述成像系统获取数据的准确性。

2.根据权利要求1所述的可同时测量颗粒粒径与体积浓度的背光成像系统，其特征在于：所述照明系统包括闪光灯、光学导管和控制电源A；闪光灯受控于控制电源A，光学导管将闪光于空气介质中输送到所述成像系统，实现相对均匀的白色背景光分布，相对均匀以空间光亮值的标准差作为评判标准；

所述成像系统包括漫射器、实验水箱、电荷耦合相机、控制电源B、光学镜头、主控计算机、数据采集板、图像获取计算机、帧采集板；漫射器连接光学导管，接受闪光灯发射的光；实验水箱装满无杂质蒸馏水，提供实验的液相环境；电荷耦合相机具有数字化逐行扫描功能，同时根据图像获取具体要求来选择电荷耦合相机的像素和频率参数；电荷耦合相机受控于控制电源B；光学镜头安装于电荷耦合相机上；主控计算机用于同步电荷耦合相机和闪光灯信号；数据采集板用于提供逻辑门电路电平信号；数据采集板连接主控计算机；接收到触发信号后，帧采集板通过图像获取计算机中实时数字记录系统采集图像，并将所采集的图像传输到硬盘，以进行分析；

所述校准系统包括标板A和标板B；标板A和标板B的尺寸满足长度和宽度相等，厚度值小于其长度或者宽度值的十分之一；标板A和标板B单面涂有铬，光刻有圆形、三角形、方形和椭圆形，各光刻形状的长度等级不同，从微米到毫米级不等，任何光刻形状的精度均在纳米范围内；

所述支持系统包括不锈钢钢架、光学导轨、精密平移台A、精密平移台B、操控把手A、操控把手B；不锈钢钢架为所述成像系统和所述照明系统提供支持；光学导轨上放置闪光灯、漫射器、电荷耦合相机，电荷耦合相机能够在z方向水平移动；精密平移台A连接标板A，精密平移台A能够在x - z平面上移动，活动范围为微米级；精密平移台B连接标板B，精密平移台B能够在x - y平面上移动，由操控把手A、操控把手B控制，操作把手A固定在精密平移台B的左端，控制精密平移台B沿y轴的移动；操作把手B固定在精密平移台B的下端，控制精密平移台B沿x轴的移动；规定闪光灯发射光源的方向为x轴正方向，进而x轴和y轴由右手定则确定。

3.根据权利要求2所述的可同时测量颗粒粒径与体积浓度的背光成像系统，其特征在于：所述空间光亮值的标准差需满足[-5%, 5%]的范围。

4.根据权利要求2所述的可同时测量颗粒粒径与体积浓度的背光成像系统，其特征在于：所述闪光灯具有满足测量需求的光源宽带，能通过内部/外部触发器提供高脉冲能量和频率；所述标板A和标板B光刻相同的形状，但是行和列之间进行互换，以便检查颗粒的重叠效应；所述闪光灯波长小于所述标板A和标板B上形状最小长度的二十分之一，所述闪光灯波长属于微米级；所述电荷耦合相机焦距大于所述标板A和标板B上形状最大长度的十倍，所述电荷耦合相机焦距属于毫米级；所述闪光灯发射光的带宽大于标板A和标板B上形状最大长度的十倍，所述标板A和标板B上的不同光刻形状用于模拟粘性与非粘性的颗粒；所述标板A和标板B上的不同光刻形状不透明。