專利名稱：空氣中液滴分布測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于數(shù)字圖像處理及輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空氣中液滴分布測量儀。
背景技術(shù)：
大氣覆冰是一種特殊的氣候現(xiàn)象，是指物體表面沾附冷凍水而結(jié)冰的過程。電力傳輸系統(tǒng)中許多設(shè)施暴露在復(fù)雜多變且惡劣的環(huán)境中，很容易遭受覆冰的影響。例如輸電線路中的電纜、桿塔由于表面的覆冰，增加了自身的重量和風(fēng)阻面積，使得鋼纜和桿塔的載荷大大增加，影響了它們的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性，嚴(yán)重時(shí)，由于載荷過大更會拉斷電纜或壓倒桿塔，造成嚴(yán)重的電力事故。因此，研究大氣覆冰現(xiàn)象，對電力傳輸系統(tǒng)工作的安全和穩(wěn)定， 具有重要的意義。多年的大氣覆冰研究中，研究人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)查，量化確定了覆冰過程數(shù)學(xué)模型中的碰撞系數(shù)、沾附系數(shù)以及凍結(jié)系數(shù)等參數(shù)，但是在氣象要素方面的工作和成果太少。氣象要素中的一項(xiàng)重要參數(shù)-空氣中液滴的尺寸分布的測量并沒有得到很好的解決。這項(xiàng)參數(shù)由于不同地區(qū)的差異性以及隨天氣條件變化的實(shí)時(shí)性，使得以往測得的數(shù)據(jù)并不能作為解決各地問題的通用數(shù)據(jù)。而采用在空氣中暴露玻璃板沾附液滴，之后人工對玻璃板上的液滴進(jìn)行逐個(gè)測量的方法，由于電力設(shè)施所處的惡劣環(huán)境，以及人工測量時(shí)人為因素的不確定性，無法滿足該項(xiàng)參數(shù)對實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性的要求。因此，該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展滯后，影響了人們對大氣覆冰現(xiàn)象的研究。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種空氣中液滴分布測量儀，解決了現(xiàn)有空氣中液滴尺寸分布的測量方法實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性不好的問題。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，空氣中液滴分布測量儀，包括兩兩連接的電源模塊、拍照模塊及DSP運(yùn)算處理模塊。本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，其中的拍照模塊，包括由旋轉(zhuǎn)軸固定的干燥室，干燥室的底部連接有背景板，干燥室上還連接有照相機(jī)。其中的背景板的底色部分為黑色，表面涂有一層遇水變色材料。其中的DSP運(yùn)算處理模塊采用TMS320C6000芯片。本實(shí)用新型的有益效果是，(1)采用特別設(shè)計(jì)的沾附液滴的背景板，使得沾附液滴的部分與背景部分的顏色差異更大，有效提高照片中兩部分的對比度，使拍照模塊能為之后的運(yùn)算處理模塊提供更為優(yōu)質(zhì)的照片。(2)拍照模塊的支架部分采用可旋轉(zhuǎn)的軸，使拍照模塊整體可以360°旋轉(zhuǎn)，背景板可以朝向任何方向。該方法使測量儀能夠在不同風(fēng)偏角的條件下測量，使測量儀測量的數(shù)據(jù)更為詳細(xì)和全面。采用干燥室對背景板進(jìn)行干燥處理，使背景板可以多次使用，不需要頻繁更換。(3)采用DSP處理器以及更優(yōu)化的算法，能夠更加快速和準(zhǔn)確的檢測出液滴的尺寸信息，為研究大氣覆冰現(xiàn)象提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。

圖1是本實(shí)用新型空氣中液滴分布測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型空氣中液滴分布測量儀的電源模塊工作流程圖；圖3是本實(shí)用新型空氣中液滴分布測量儀的拍照模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型空氣中液滴分布測量儀的背景板截面圖；圖5是本實(shí)用新型空氣中液滴分布測量儀的背景板沾附液滴后的照片；圖6是本實(shí)用新型空氣中液滴分布測量儀的DSP處理模塊工作流程圖；圖7是本實(shí)用新型空氣中液滴分布測量儀的DSP處理模塊對照片進(jìn)行一系列處理后得到的二值化圖像；圖8是本實(shí)用新型空氣中液滴分布測量儀的DSP處理模塊對二值化圖像中對象區(qū)域進(jìn)行像素?cái)?shù)統(tǒng)計(jì)并標(biāo)記后的圖像。圖中，1.電源模塊，2.拍照模塊，3. DSP運(yùn)算處理模塊，4.旋轉(zhuǎn)軸，5.干燥室，6.背景板，7.照相機(jī)，8.底色部分，9.遇水變色材料。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)用新型空氣中液滴分布測量儀一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括兩兩連接的電源模塊1、拍照模塊2及DSP運(yùn)算處理模塊3。電源模塊1采用太陽能電池板與蓄電池相結(jié)合的方式對測量儀進(jìn)行供電。采用感光元件感受外部光照條件，在晴天光照強(qiáng)度足夠的條件下，采用太陽能電池板供電，并對蓄電池充電。當(dāng)蓄電池充滿電后，停止充電。在夜晚、陰雨天等光照強(qiáng)度不足的情況下，使用蓄電池對測量儀供電。太陽能電池板和蓄電池的工作狀態(tài)由DSP芯片控制。電源模塊1的工作流程如圖2所示。拍照模塊2的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括由旋轉(zhuǎn)軸4固定的干燥室5，干燥室5的底部連接有背景板6，干燥室5上還連接有照相機(jī)7，照相機(jī)7用于拍攝背景板6上的圖像。如圖4所示，背景板6的底色部分8為黑色，表面涂有一層遇水變色材料9，該材料干燥時(shí)為白色，遇水時(shí)變?yōu)橥该鳎@露出底色黑色。拍照模塊2由旋轉(zhuǎn)軸4固定，在水平方向整體可旋轉(zhuǎn)360°，背景板6可以朝向任何方向。沾附液滴后的照片如圖5所示。在空氣中暴露20 分鐘后，照相機(jī)對背景板進(jìn)行拍照，拍照結(jié)束后，背景板6被回收進(jìn)干燥室5進(jìn)行干燥處理， 并擦除涂層表面的污物痕跡，處理完后再次放回至工作位置。DSP運(yùn)算處理模塊3的核心是DSP芯片，本測量儀采用TMS320C6000芯片作為處理核心。該模塊對拍照得到的圖片進(jìn)行圖像平滑、銳化、灰度化處理、二值化、輪廓跟蹤、計(jì)算直徑等一系列處理，得到液滴的直徑，再由計(jì)數(shù)函數(shù)統(tǒng)計(jì)直徑處于各區(qū)間值的液滴的個(gè)數(shù)，從而得到液滴尺寸分布參數(shù)。其中輪廓跟蹤技術(shù)基于8連通鏈碼表和線段表。首先按行掃描圖像，遇到二值圖像的對象點(diǎn)，則以此對象點(diǎn)開始進(jìn)行8連通跟蹤，跟蹤時(shí)填充鏈碼表；將掃描后得到的鏈碼表轉(zhuǎn)換為線段表；逐行掃描跟蹤，直到跟蹤完整幅圖像。利用線段表，計(jì)算出整個(gè)對象區(qū)域的像素?cái)?shù)，再由像素?cái)?shù)與實(shí)際面積的比例關(guān)系計(jì)算出實(shí)際面積，再由圓形面積與直徑的關(guān)系，計(jì)算得出液滴的直徑。DSP運(yùn)算處理模塊3工作流程圖如圖6所示。經(jīng)DSP處理后的二值化圖像如圖7所示。經(jīng)像素?cái)?shù)掃描并標(biāo)記后的圖像如圖8所示。
權(quán)利要求1.空氣中液滴分布測量儀，其特征在于，包括兩兩連接的電源模塊(1)、拍照模塊(2) 及DSP運(yùn)算處理模塊(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣中液滴分布測量儀，其特征在于，所述的拍照模塊(2)， 包括由旋轉(zhuǎn)軸(4)固定的干燥室(5)，干燥室(5)的底部連接有背景板(6)，干燥室(5)上還連接有照相機(jī)(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣中液滴分布測量儀，其特征在于，所述的背景板(6)的底色部分(8)為黑色，表面涂有一層遇水變色材料(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣中液滴分布測量儀，其特征在于，所述的DSP運(yùn)算處理模土夬(3)采用 TMS320C6000 芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開的空氣中液滴分布測量儀，包括兩兩連接的電源模塊、拍照模塊及DSP運(yùn)算處理模塊。拍照模塊，包括由旋轉(zhuǎn)軸固定的干燥室，干燥室的底部連接有背景板，干燥室上還連接有照相機(jī)。背景板的底色部分為黑色，表面涂有一層遇水變色材料。DSP運(yùn)算處理模塊采用TMS320C6000芯片。本實(shí)用新型空氣中液滴分布測量儀，解決了空氣中液滴尺寸分布測量技術(shù)發(fā)展的滯后影響研究人員對大氣覆冰研究工作的問題，對電力傳輸系統(tǒng)抗覆冰性的設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。
文檔編號G01B11/08GK202092608SQ201120072569
公開日2011年12月28日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者杜袁輝, 黃新波 申請人:西安工程大學(xué)