專利名稱：多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利水電工程和環(huán)保工程領(lǐng)域，具體涉及一種多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
地下水是土體(多孔介質(zhì))的孔隙中所存留的水。地下水資源是全球水資源的重要組成部分，在我國地表水嚴(yán)重污染的條件下，地下水資源對于經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有極其重要的作用。我國許多地區(qū)地下水不同程度遭受有毒有害有機(jī)物的污染。國家“十二五”規(guī)劃提出要“加大環(huán)境保護(hù)力度”，解決“土壤污染等損害群眾健康的突出環(huán)境問題”，“加強(qiáng)地下水污染防治”。2011年10月發(fā)布的《全國地下水污染防治規(guī)劃(2011— 2020年)》指出要“初步遏制地下水水質(zhì)惡化趨勢”，“加強(qiáng)重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)地下水環(huán)境監(jiān)管”，“有計(jì)劃地加快推進(jìn)地下水污染修復(fù)”。環(huán)境友好和節(jié)能高效的污染地下水創(chuàng)新修復(fù)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用是是我國國民經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。自然衰減法和生物通風(fēng)是有機(jī)污染地下水原位修復(fù)的常規(guī)技術(shù)。自然衰減法是在合適的條件下利用自然界存在的生物、化學(xué)和物理過程，來降低土壤和地下水中污染物含量、毒性、移動性。場地自然降解能力強(qiáng)烈依賴環(huán)境條件，由于供氧條件較差，存在的電子受體往往無法滿足微生物降解反應(yīng)的需要量，好氧微生物降解作用受到抑制，反應(yīng)速率緩慢。生物通風(fēng)通過真空或加壓對污染土壤進(jìn)行曝氣，使土壤中的氧氣濃度增加，從而促進(jìn)好樣微生物的活性，提高土壤中污染物的降解效率。然而生物通風(fēng)過程中空氣在地下水中一般以微通道或毫米-厘米級粒徑的獨(dú)立氣泡形式運(yùn)動，影響范圍較小，供氧效果較差，好氧微生物降解能力沒有得到充分發(fā)揮，因而修復(fù)作用有限。微納米氣泡是指液體中微米和納米量級氣泡的統(tǒng)稱，其直徑一般小于60 μ m,微米氣泡直徑在1-60 μ m之間，納米氣泡的直徑則在I μ m以下。目前水體中微納米氣泡生成技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟。在水體中毫米-厘米級宏觀氣泡將在浮力作用下迅速上升，并在水表面處破裂；而微納米氣泡則由于直徑較小，在水體中停留時間較長。因此微納米氣泡可以隨地下水運(yùn)動，遷移影響范圍遠(yuǎn)大于普通氣泡。由于水氣界面張力作用，氣泡內(nèi)壓較大，其高溶解能力可為水體提供高含量的溶解氧。同時，微納米氣泡氣液界面帶負(fù)電荷，可以與特定的污染物相互作用，微納米氣泡破裂時產(chǎn)生的自由基和振動波也可促進(jìn)污染物的去除。微納米氣泡供氧效果好、持續(xù)時間長、影響范圍大，可以彌補(bǔ)常規(guī)原位修復(fù)技術(shù)的局限性，促進(jìn)微生物降解作用，對有機(jī)污染地下水進(jìn)行修復(fù)，具有巨大的應(yīng)用前景。因此探究微納米氣泡在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動機(jī)理具有重要學(xué)術(shù)價值和工程實(shí)用價值。但現(xiàn)有技術(shù)中尚無相關(guān)的觀測記錄技術(shù)手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種具有簡便可行、仿真程度高、觀測精度高的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個目的在于提出一種具有簡便可行、仿真程度高、觀測精度高的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測方法。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，包括以下部分:模型箱，所述模型箱內(nèi)裝填有模擬多孔介質(zhì)的球形透明樹脂材料，所述模型箱具有注水口，用于注入并盛放模擬地下水的富含微納米氣泡的水體，且模型箱各面使用不同的材質(zhì)和顏色，最大限度的提高多孔介質(zhì)孔隙水中微納米氣泡的成像清晰度；激光器，所述激光器位于所述模型箱的頂部，用于提供觀測時需要的光源；相機(jī)和鏡頭，所述相機(jī)和鏡頭位于所述模型箱的一側(cè)，用于觀測多孔介質(zhì)中微納米氣泡；圖片采集及處理模塊，所述圖片采集及處理模塊與所述相機(jī)相連，進(jìn)行圖片的采集和處理?？蛇x地，還包括:激光器支架，所述激光器支架用于固定支撐所述激光器；以及三維可調(diào)節(jié)支架，所述三維可調(diào)節(jié)支架用于固定支撐所述相機(jī)和鏡頭。可選地，所述球形透明樹脂材料與水的折射率匹配?？蛇x地，所述球形透明樹脂材料平均粒徑為0.6-1.0mm,界面電荷性質(zhì)與土顆粒匹配?？蛇x地，所述模型箱為長方體，定義接近所述相機(jī)和鏡頭的為觀測面，其他面分別定義為背景面、左側(cè)壁、右側(cè)壁、底面，其中所述觀測面使用超白玻璃，其它面使用有機(jī)玻璃，所述背景面涂抹成黑色，而所述左側(cè)壁、右側(cè)壁及底面涂抹成白色?？蛇x地，所述激光器還包括:激光鏡片，所述激光鏡片將所述激光器發(fā)出的光線校正為片狀，并且，所述激光器的激光線寬小于所述相機(jī)的景深?？蛇x地，所述相機(jī)為高感光度的CCD相機(jī)，所述相機(jī)成像的照度大于等于
0.00002Lux ;所述鏡頭為工業(yè)縮放鏡頭，能夠?qū)?00納米至60微米之間的氣泡成像?？蛇x地，所述圖片采集及處理模塊采用軟件，通過觀察氣泡在多孔材料上的吸附速度、存在時間以及是否存在吸附/解吸附現(xiàn)象等確定吸附規(guī)律；通過對氣泡圖像的像素大小及灰度值進(jìn)行分析，確定圖像內(nèi)氣泡的粒徑；通過連續(xù)拍攝的多張圖像，計(jì)算圖像中不同氣泡的運(yùn)動速度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測方法，采用本發(fā)明提出的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，包括以下步驟:S1.在所述模型箱中裝填球形透明樹脂材料，注入富含微納米氣泡的水體；S2.采用所述激光器為所述水體照明，采用所述相機(jī)和鏡頭觀測所述多孔介質(zhì)孔隙水中的微納米氣泡；以及S3.圖片采集及處理模塊控制相機(jī)和鏡頭采集圖像并進(jìn)行分析處理，得到微納米氣泡的吸附特性、粒徑分布和運(yùn)動軌跡。本發(fā)明提供一種多孔介質(zhì)中微納米氣泡的粒徑測量及運(yùn)動觀測系統(tǒng)，通過模型箱、激光器、CCD相機(jī)、鏡頭、三維可調(diào)節(jié)支架及圖像處理軟件實(shí)現(xiàn)對多孔介質(zhì)中微納米氣泡的粒徑、吸附及運(yùn)動特性測量。本發(fā)明的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)及方法至少具有如下優(yōu)點(diǎn):1、使用球狀透明樹脂材料模擬土體的思想。該材料與水的折射率基本一致，因此便于通過光學(xué)觀測系統(tǒng)直接觀測微納米氣泡與該球狀材料的吸附效果。該材料平均粒徑為
0.84_，界面電荷性質(zhì)與土顆粒類似，因此在性質(zhì)上可以模擬實(shí)際土顆粒。2、使用特殊設(shè)計(jì)的玻璃模型箱進(jìn)行多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測的思想。玻璃模型箱的觀測面使用透光性好的超白玻璃制作，使得相機(jī)成像清晰。其它均使用有機(jī)玻璃材質(zhì)。背景面涂抹成黑色，增強(qiáng)氣泡與背景的對比效果。其它有機(jī)玻璃面均涂抹成白色，增強(qiáng)孔多孔介質(zhì)中微納米氣泡的漫反射效果，提高微納米氣泡亮度。材質(zhì)和顏色的選擇最大限度的增加了微納米氣泡的成像清晰度。3、使用激光器提供高功率的片狀光源，以照亮多孔介質(zhì)中微納米氣泡的思想。使用最大功率為2W的532nm的激光光源，并在激光出口使用鏡片將其光線校正為片狀，照亮多孔介質(zhì)中的某一平面，集中了激光能量并避免了氣泡重影現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外，控制片狀激光的線寬在Imm以下，使線寬小于相機(jī)景深，避免相機(jī)景深外的氣泡被照亮以造成在CCD相機(jī)上成虛像。4、使用高感光度的CXD相機(jī)及工業(yè)縮放鏡頭，對多孔介質(zhì)中的氣泡進(jìn)行成像的思想。微納米氣泡粒徑小，對光的反射效果差，因此除提高氣泡的亮度外，還需要高感光性的CCD相機(jī)。所使用相機(jī)最低可在照度0.00002LUX時對物體進(jìn)行成像。配合使用縮放鏡頭可實(shí)現(xiàn)對900納米至60微米之間的氣泡成像。5、使用三維可調(diào)節(jié)支架置放相機(jī)的思想。通過三維可調(diào)節(jié)支架，可以實(shí)現(xiàn)對觀測位置的連續(xù)、微細(xì)調(diào)整，并對焦距進(jìn)行精確調(diào)整。6、通過所獲取的圖像對微納米氣泡進(jìn)行吸附特性分析的思想。通過觀察氣泡在多孔材料上的吸附速度、存在時間以及是否存在吸附/解吸附現(xiàn)象等確定吸附規(guī)律。7、使用圖像處理軟件對氣泡圖像進(jìn)行分析，以獲得氣泡的粒徑及運(yùn)動速度的思想。通過對氣泡圖像的像素大小及灰度值進(jìn)行分析，可以確定圖像內(nèi)氣泡的粒徑。通過連續(xù)拍攝的多張圖像，可以計(jì)算圖像中不同氣泡的運(yùn)動速度。綜上所述，本發(fā)明的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)及方法具有簡便可行，仿真程度高、觀測精度高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1是本發(fā)明實(shí)施例的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明一個具體實(shí)施例的球形透明樹脂材料的示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測方法的流程圖；圖4是本發(fā)明一個具體實(shí)施例的模型箱的正面示意圖；圖5是本發(fā)明一個具體實(shí)施例的模型箱的立體示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。本發(fā)明涉及到一種用于多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測的系統(tǒng)，可以對水中900納米到60微米的氣泡進(jìn)行粒徑、吸附及運(yùn)動特性的測量。通過模型箱、激光器、CCD相機(jī)、鏡頭、三維可調(diào)節(jié)支架及圖像處理軟件實(shí)現(xiàn)對多孔介質(zhì)中微納米氣泡的粒徑、吸附及運(yùn)動特性測量。該系統(tǒng)將用于多孔介質(zhì)中微納米氣泡性質(zhì)的研究，推動我國水體污染治理工作，為相關(guān)科學(xué)研究提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，包括以下部分:模型箱1，模型箱I裝填有球形透明樹脂材料(如圖2所示)以模擬多孔介質(zhì)(即土體)，并且模型箱I具有注水口，用于注入并盛放模擬地下水的富含微納米氣泡的水體，且模型箱I各面使用不同的材質(zhì)和顏色，最大限度的提高水體中微納米氣泡的成像清晰度；激光器2，激光器2位于模型箱I的頂部，用于提供觀測時需要的光源；相機(jī)4和鏡頭5，相機(jī)4和鏡頭5位于模型箱I的一側(cè)，用于觀測多孔介質(zhì)中微納米氣泡；圖片采集及處理模塊7，圖片采集及處理模塊7與相機(jī)4相連，進(jìn)行圖片的采集和處理?？蛇x地，還包括:激光器支架3，激光器支架3用于固定支撐激光器2 ;以及三維可調(diào)節(jié)支架6，三維可調(diào)節(jié)支架6用于固定支撐相機(jī)4和鏡頭5。將相機(jī)4及鏡頭5置放于三維可調(diào)節(jié)支架6上，可以實(shí)現(xiàn)對觀測位置及焦距的連續(xù)、微細(xì)調(diào)整。可選地，該球形透明樹脂材料與水的折射率基本一致，便于通過光學(xué)觀測系統(tǒng)直接觀測微納米氣泡與該球狀材料的吸附效果。該球形透明樹脂材料平均粒徑為0.6-1.0mm,優(yōu)選為0.84_，界面電荷性質(zhì)與土顆粒類似，因此在性質(zhì)上可以模擬實(shí)際土顆粒。可選地，模型箱I為長方體，如圖4和圖5所示，在模型箱底部及側(cè)壁分別有注入口，直徑4_，注入口的位置如圖所示。模型箱I共有五個面，定義其中接近相機(jī)4和鏡頭5的為觀測面8，其他面分別定義為背景面9、左側(cè)壁10、右側(cè)壁11、底面12。其中觀測面8使用超白玻璃，其它面使用有機(jī)玻璃。背景面9涂抹成黑色，而左側(cè)壁10、右側(cè)壁11及底面12涂抹成白色。背景面9涂抹成黑色，增強(qiáng)氣泡與背景的對比效果。其它有機(jī)玻璃面均涂抹成白色，增強(qiáng)多孔介質(zhì)中微納米氣泡的漫反射效果，提高微納米氣泡亮度。模型箱I的材質(zhì)和顏色的選擇最大限度的增加了多孔介質(zhì)中微納米氣泡的成像清晰度?？蛇x地,激光器2還包括:激光鏡片,激光鏡片將激光器I發(fā)出的光線校正為片狀，并且，激光器I的激光線寬小于相機(jī)的景深。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，使用最大功率為2W的532nm的激光器1，并在激光出口使用鏡片將其光線校正為片狀，照亮水體中的某一平面，而不是整個水體，集中了激光能量并避免了氣泡重影現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外，控制片狀激光的線寬在Imm以下，使線寬小于相機(jī)景深，避免相機(jī)景深外的氣泡被照亮以造成在相機(jī)上成虛像?？蛇x地，相機(jī)的為高感光度的CCD相機(jī)，相機(jī)成像的最低照度小于等于
0.00002LUX。使用高感光度的CXD相機(jī)(最低照度0.00002Lux仍可成像)配合工業(yè)縮放鏡頭，以觀測900納米至60微米之間的氣泡。圖片采集及處理模塊7通常為工作站、電腦等硬件形式出現(xiàn)，它能將拍攝的圖片使用圖像處理軟件進(jìn)行粒徑、吸附及運(yùn)動特性的計(jì)算處理。具體地，通過對氣泡圖像的像素大小及灰度值進(jìn)行分析，可以確定圖像內(nèi)氣泡的粒徑。通過連續(xù)拍攝的多張圖像，可以計(jì)算圖像中不同氣泡的運(yùn)動速度。此外，還可以通過觀察氣泡在多孔材料上的吸附速度、存在時間以及是否存在吸附/解吸附現(xiàn)象等確定吸附規(guī)律。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測方法，采用本發(fā)明提出的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，包括以下步驟:S1.在模型箱中裝填球形透明樹脂材料，注入富含微納米氣泡的水體，以模擬土體中的地下水；S2.采用激光器為水體照明，采用相機(jī)和鏡頭觀測多孔介質(zhì)孔隙水中的微納米氣泡；以及S3.圖片采集及處理模塊控制相機(jī)和鏡頭采集圖像并進(jìn)行分析處理，得到微納米氣泡的吸附特性、粒徑分布和運(yùn)動軌跡。綜上，本發(fā)明的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)及方法的核心思想為:使用玻璃模型箱注入微納米氣泡水，其中玻璃模型箱的觀測面使用透光性好的超白玻璃制作，其它均使用有機(jī)玻璃。背景面涂抹成黑色，其它有機(jī)玻璃面均涂抹成白色，增強(qiáng)多孔介質(zhì)中微納米氣泡的漫反射效果。使用激光器提供高功率片狀光源，照亮水體中的微納米氣泡，使用高感光度的CCD相機(jī)配合工業(yè)縮放鏡頭，以觀測900納米至60微米之間的氣泡。將相機(jī)及鏡頭置放于三維可調(diào)節(jié)支架上，實(shí)現(xiàn)觀測位置及焦距的調(diào)整。將拍攝的圖片使用圖像處理軟件進(jìn)行粒徑、吸附及運(yùn)動特性的計(jì)算處理。本發(fā)明的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)及方法的至少具有如下優(yōu)點(diǎn):1、使用球狀透明樹脂材料模擬土體的思想。該材料與水的折射率基本一致，因此便于通過光學(xué)觀測系統(tǒng)直接觀測微納米氣泡與該球狀材料的吸附效果。該材料平均粒徑為
0.84_，界面電荷性質(zhì)與土顆粒類似，因此在性質(zhì)上可以模擬實(shí)際土顆粒。2、使用特殊設(shè)計(jì)的玻璃模型箱進(jìn)行多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測的思想。玻璃模型箱的觀測面使用透光性好的超白玻璃制作，使得相機(jī)成像清晰。其它均使用有機(jī)玻璃材質(zhì)。背景面涂抹成黑色，增強(qiáng)氣泡與背景的對比效果。其它有機(jī)玻璃面均涂抹成白色，增強(qiáng)孔多孔介質(zhì)中微納米氣泡的漫反射效果，提高微納米氣泡亮度。材質(zhì)和顏色的選擇最大限度的增加了微納米氣泡的成像清晰度。3、使用激光器提供高功率的片狀光源，以照亮多孔介質(zhì)中微納米氣泡的思想。使用最大功率為2W的532nm的激光光源，并在激光出口使用鏡片將其光線校正為片狀，照亮多孔介質(zhì)中的某一平面，集中了激光能量并避免了氣泡重影現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外，控制片狀激光的線寬在Imm以下，使線寬小于相機(jī)景深，避免相機(jī)景深外的氣泡被照亮以造成在CCD相機(jī)上成虛像。4、使用高感光度的CXD相機(jī)及工業(yè)縮放鏡頭，對多孔介質(zhì)中的氣泡進(jìn)行成像的思想。微納米氣泡粒徑小，對光的反射效果差，因此除提高氣泡的亮度外，還需要高感光性的CCD相機(jī)。所使用相機(jī)最低可在照度0.00002LUX時對物體進(jìn)行成像。配合使用縮放鏡頭可實(shí)現(xiàn)對900納米至60微米之間的氣泡成像。5、使用三維可調(diào)節(jié)支架置放相機(jī)的思想。通過三維可調(diào)節(jié)支架，可以實(shí)現(xiàn)對觀測位置的連續(xù)、微細(xì)調(diào)整，并對焦距進(jìn)行精確調(diào)整。6、通過所獲取的圖像對微納米氣泡進(jìn)行吸附特性分析的思想。通過觀察氣泡在多孔材料上的吸附速度、存在時間以及是否存在吸附/解吸附現(xiàn)象等確定吸附規(guī)律。7、使用圖像處理軟件對氣泡圖像進(jìn)行分析，以獲得氣泡的粒徑及運(yùn)動速度的思想。通過對氣泡圖像的像素大小及灰度值進(jìn)行分析，可以確定圖像內(nèi)氣泡的粒徑。通過連續(xù)拍攝的多張圖像，可以計(jì)算圖像中不同氣泡的運(yùn)動速度。綜上所述，本發(fā)明的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)及方法具有簡便可行，仿真程度高、觀測精度高的優(yōu)點(diǎn)。需要說明的是，流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的范圍包括另外的實(shí)現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明的實(shí)施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
權(quán)利要求
1.一種多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，其特征在于，包括以下部分: 模型箱，所述模型箱內(nèi)裝填有模擬多孔介質(zhì)的球形透明樹脂材料，所述模型箱具有注水口，用于注入并盛放模擬地下水的富含微納米氣泡的水體，且模型箱各面使用不同的材質(zhì)和顏色，最大限度的提高多孔介質(zhì)孔隙水中微納米氣泡的成像清晰度； 激光器，所述激光器位于所述模型箱的頂部，用于提供觀測時需要的光源； 相機(jī)和鏡頭，所述相機(jī)和鏡頭位于所述模型箱的一側(cè)，用于觀測多孔介質(zhì)中微納米氣泡； 圖片采集及處理模塊，所述圖片采集及處理模塊與所述相機(jī)相連，進(jìn)行圖片的采集和處理。
2.如權(quán)利要求1所述的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 激光器支架，所述激光器支架用于固定支撐所述激光器；以及 三維可調(diào)節(jié)支架，所述三維可調(diào)節(jié)支架用于固定支撐所述相機(jī)和鏡頭。
3.如權(quán)利要求1所述的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述球形透明樹脂材料與水的折射率匹配。
4.如權(quán)利要求1所述的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述球形透明樹脂材料平均粒徑為0.6-1.0_，界面電荷性質(zhì)與土顆粒匹配。
5.如權(quán)利要求1所述的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述模型箱為長方體，定義接近所述相機(jī)和鏡頭的為觀測面，其他面分別定義為背景面、左側(cè)壁、右側(cè)壁、底面，其中所述觀測面使用超白玻璃，其它面使用有機(jī)玻璃，所述背景面涂抹成黑色，而所述左側(cè)壁、右側(cè)壁及底面涂抹成白色。
6.如權(quán)利要求1所述的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器還包括:激光鏡片，所述激光鏡片將所述激光器發(fā)出的光線校正為片狀，并且，所述激光器的激光線寬小于所述相機(jī)的景深。
7.如權(quán)利要求1所述的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述相機(jī)為高感光度的C⑶相機(jī)，所述相機(jī)成像的照度大于等于0.00002Lux ;所述鏡頭為工業(yè)縮放鏡頭，能夠?qū)?00納米至60微米之間的氣泡成像。
8.如權(quán)利要求1所述的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述圖片采集及處理模塊采用軟件，通過觀察氣泡在多孔材料上的吸附速度、存在時間以及是否存在吸附/解吸附現(xiàn)象等確定吸附規(guī)律；通過對氣泡圖像的像素大小及灰度值進(jìn)行分析，確定圖像內(nèi)氣泡的粒徑；通過連續(xù)拍攝的多張圖像，計(jì)算圖像中不同氣泡的運(yùn)動速度。
9.一種多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，包括以下步驟:所述模型箱中裝填球形透明樹脂材料，注入富含微納米氣泡的水體；用所述激光器為所述水體照明，采用所述相機(jī)和鏡頭觀測所述多孔介質(zhì)孔隙水中的微納米氣泡；以及片采集及處理模塊控制相機(jī)和鏡頭采集圖像并進(jìn)行分析處理，得到微納米氣泡的吸附特性、粒徑分布和運(yùn)動軌跡。
全文摘要
本發(fā)明提出一種多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)及方法，其中，該系統(tǒng)包括模型箱，模型箱內(nèi)裝填有模擬多孔介質(zhì)的球形透明樹脂材料，模型箱具有注水口，用于注入并盛放模擬地下水的富含微納米氣泡的水體，且模型箱各面使用不同的材質(zhì)和顏色，最大限度的提高多孔介質(zhì)孔隙水中微納米氣泡的成像清晰度；激光器，激光器位于模型箱的頂部，用于提供觀測時需要的片光源；相機(jī)和鏡頭，相機(jī)和鏡頭位于模型箱的一側(cè)，用于觀測多孔介質(zhì)中微納米氣泡；圖片采集及處理模塊，圖片采集及處理模塊與相機(jī)相連，進(jìn)行圖片的采集和處理。本發(fā)明具有簡便可行，仿真程度高、觀測精度高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N15/14GK103115860SQ201310048560
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者胡黎明, 李恒震 申請人:清華大學(xué)