本發(fā)明涉及水下測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液體環(huán)境中氣泡體積測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

在水下環(huán)境測(cè)試過程中，經(jīng)常需要測(cè)量液體環(huán)境中氣泡的體積，從中提取相關(guān)數(shù)據(jù)，以便于后續(xù)工作的開展。傳統(tǒng)的氣體收集方法可以準(zhǔn)確的測(cè)量出一系列氣泡的體積之和，但難以分辨出單一氣泡的體積。但在某些特定的應(yīng)用場合，需要是單一氣泡的體積而非一系列氣泡的體積之和。通過工業(yè)相機(jī)，技術(shù)人員可以獲取氣泡的影像，并以此為依據(jù)，將氣泡近似為球形，通過氣泡面積，估算其體積。事實(shí)上，氣泡的形狀并非標(biāo)準(zhǔn)的球形，尤其是在其產(chǎn)生初期。因此，這種方式存在較大的誤差。

為進(jìn)一步提高液體中單一氣泡體積的測(cè)量精度，需采取更為先進(jìn)的措施，對(duì)氣泡體積進(jìn)行精確測(cè)繪。X射線對(duì)物質(zhì)具有較強(qiáng)的穿透能力，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療成像和工業(yè)探傷等行業(yè)。其工作原理是，當(dāng)X射線穿過待檢物體后，被物體吸收損耗的X射線與它的密度或濃度有關(guān)，經(jīng)成像顯示后得到能反映被測(cè)物體密度的灰白或彩色影像。利用X射線這一特征，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣泡體積的測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，提出了一種結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡便的基于X射線的液體環(huán)境中氣泡體積測(cè)量方法。

本發(fā)明通過以下措施達(dá)到：

一種液體環(huán)境中氣泡體積測(cè)量方法，其特征在于包括以下內(nèi)容：選用參比試件，將其放置于液體盛放容器中，令X射線發(fā)生源產(chǎn)生的X射線穿透液體盛放容器，在圖像增強(qiáng)器生成圖像；用高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集該圖像，并用電腦對(duì)圖像灰度值標(biāo)定；依據(jù)參比試件實(shí)際尺寸與圖像灰度值，獲取在該條件下的灰度值與厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系作為參考；然后，在相同的X射線透射條件下，在指定時(shí)刻，獲取液體盛放容器中產(chǎn)生的被測(cè)氣泡在X射線照射下所成影像，并計(jì)算該影像當(dāng)中灰度值不同的各個(gè)區(qū)域的面積；最后，參考由參比試件獲得的灰度值與厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定獲得被測(cè)氣泡影像中，不同區(qū)域氣泡的厚度值，利用體積公式計(jì)算各個(gè)區(qū)域的體積，并利用積分方式測(cè)算氣泡體積，完成測(cè)量過程。

本發(fā)明所述液體環(huán)境中氣泡體積測(cè)量方法通過以下機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)：微焦X射線源、專用焊接水箱、圖像增強(qiáng)器、高速攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)，其中微焦X射線源與圖像增強(qiáng)器置于焊接水箱兩側(cè)，且兩者之間形成的光路方向與焊接方向垂直，首先，在焊接水箱中放置一薄壁乒乓球，作為參比試件，然后啟動(dòng)攝像裝置，獲得圖片；由于乒乓球是標(biāo)準(zhǔn)球體，其中心處空隙大，射線透射率最高，灰度值最小，記為X_min；同理，邊緣處灰度值最大，記為X_maX；根據(jù)圖像灰度值不同，將乒乓球影像分成三個(gè)區(qū)域，區(qū)域一灰度值為X1，區(qū)域二灰度值為X₂，區(qū)域三灰度值為X₃，其中，

X_min≤X₁＜(X_maX-X_min)/3+X_min

(X_maX-X_min)/3+X_min≤X₂＜2*(X_maX-X_min)/3+X_min

2*(X_maX-X_min)/3+X_min≤X₃＜X_maX

對(duì)應(yīng)獲取的圖片，利用計(jì)算機(jī)可以測(cè)量影像的最大直徑為D，灰度值X₁所處區(qū)域直徑為D₁，灰度值X₂所處區(qū)域直徑為D₂，乒乓球的實(shí)際直徑為d，因此，根據(jù)球形特點(diǎn)，可以計(jì)算灰度值X₁所處區(qū)域厚度L₁，灰度值X₂所處區(qū)域厚度L₂以及灰度值X₃所處區(qū)域厚度L₃，其中，

至此，建立起影像灰度值與待測(cè)空腔薄壁結(jié)構(gòu)厚度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為后續(xù)氣泡體積的測(cè)量提供依據(jù)；在焊接過程中，高速攝像機(jī)將獲取的氣泡影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算出灰度值X₁所處區(qū)域面積S₁，灰度值X₂所處區(qū)域面積S₂以及灰度值X₃所處區(qū)域面積S₃，從而可以精確地計(jì)算該氣泡的體積V：V＝S₁*L₁+S₂*L₂+S₃*L₃。

本發(fā)明在工作時(shí)，X射線在穿過不同厚度的液體時(shí)，成像灰度有明顯差異，利用該灰度差異值，可以估算液體厚度。氣泡的存在，改變了液體的厚度。當(dāng)X射線穿過液體中的氣泡時(shí)，衰減減少，成像亮度增加。這樣，可以根據(jù)灰度值，估算氣泡厚度，之后，分別計(jì)算出灰度值相同區(qū)域的面積，厚度與對(duì)應(yīng)面積的乘積即為體積，通過積分運(yùn)算，得出氣泡體積?；谏鲜鲈恚?dāng)容器中放置足量的液體后，首先在容器中放置一參比試件。該參比試件是全密封空心薄壁結(jié)構(gòu)，其體積應(yīng)接近待測(cè)氣泡，并且易于根據(jù)其在X射線照射下的投影，推算出其投影區(qū)域中任意一點(diǎn)的厚度。令X射線發(fā)生源產(chǎn)生的X射線穿透液體盛放容器，在圖像增強(qiáng)器生成圖像，工業(yè)相機(jī)將其拍攝后，存儲(chǔ)到電腦中。由于該參比試件為空心薄壁結(jié)構(gòu)，射線穿透其不同區(qū)域時(shí)衰減程度不同，但液體盛放容器在射線穿透方向厚度均勻一致，因此，所產(chǎn)生影像的灰度差異與參比試件的厚度呈函數(shù)關(guān)系。在電腦中，將所獲影像根據(jù)灰度值的差異等分成若干區(qū)域，等分?jǐn)?shù)與測(cè)繪精度有關(guān)，份數(shù)越多，計(jì)算精度越高。由于參比試件尺寸已知，可以確定影像中每一點(diǎn)在攝像透射方向的厚度，從而得出不同灰度值對(duì)應(yīng)的參比試件厚度，以便于后續(xù)測(cè)繪工作。L＝f(X),其中，L為參比試件的厚度，X為灰度值。然后，在相同試驗(yàn)條件下，在液體盛放容器中根據(jù)測(cè)試要求，產(chǎn)生待測(cè)的氣泡。用相同的射線強(qiáng)度在射線成像裝置上產(chǎn)生影像，并利用工業(yè)相機(jī)在相同曝光時(shí)間條件下，采集并將影像存儲(chǔ)到電腦中。最后，對(duì)于獲取的影像，利用軟件計(jì)算不同灰度值(X₁，X₂……X_n)對(duì)應(yīng)的面積(s₁，s₂……s_n)；對(duì)于灰度值不同的各個(gè)區(qū)域，依據(jù)參比試件影像灰度值與參比試件厚度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定被測(cè)氣泡影像中，灰度值不同的各個(gè)區(qū)域其對(duì)應(yīng)的氣泡厚度值，L＝f(X)；最終，依據(jù)如下公式計(jì)算氣泡體積：V＝f(X₁)·s₁+f(X₂)·s₂+……f(X_n)·s_n，完成測(cè)量過程。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行可靠、工作穩(wěn)定、操作簡便等顯著的優(yōu)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明.

在研究水下焊接氣泡特征時(shí)，需要對(duì)氣泡體積、形貌進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。根據(jù)本發(fā)明所示的測(cè)繪方法，采取如下技術(shù)方案，較為精確地測(cè)繪了水下焊接過程中所產(chǎn)生氣泡的體積：

該試驗(yàn)裝置主要由微焦X射線源、專用焊接水箱、圖像增強(qiáng)器、高速攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)組成，微焦X射線源與圖像增強(qiáng)器置于焊接水箱兩側(cè)，且兩者之間形成的光路方向與焊接方向垂直。首先，在焊接水箱中放置一薄壁乒乓球，作為參比試件。然后啟動(dòng)攝像裝置，獲得圖片。

由于乒乓球是標(biāo)準(zhǔn)球體，其中心處空隙大，射線透射率最高，灰度值最小，記為X_min；同理，邊緣處灰度值最大，記為X_maX。根據(jù)圖像灰度值不同，將乒乓球影像分成三個(gè)區(qū)域，區(qū)域一灰度值為X1，區(qū)域二灰度值為X₂，區(qū)域三灰度值為X₃，其中，

X_min≤X₁＜(X_maX-X_min)/3+X_min

(X_maX-X_min)/3+X_min≤X₂＜2*(X_maX-X_min)/3+X_min

2*(X_maX-X_min)/3+X_min≤X₃＜X_maX

對(duì)應(yīng)獲取的圖片，利用計(jì)算機(jī)可以測(cè)量影像的最大直徑為D，灰度值X₁所處區(qū)域直徑為D₁，灰度值X₂所處區(qū)域直徑為D₂。乒乓球的實(shí)際直徑為d，因此，根據(jù)球形特點(diǎn)，可以利用計(jì)算機(jī)計(jì)算灰度值X₁所處區(qū)域厚度L₁，灰度值X₂所處區(qū)域厚度L₂以及灰度值X₃所處區(qū)域厚度L₃，其中，

至此，建立起影像灰度值與待測(cè)空腔薄壁結(jié)構(gòu)厚度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為后續(xù)氣泡體積的測(cè)量提供依據(jù)。

焊接過程中，高速攝像機(jī)將獲取的氣泡影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)。利用計(jì)算機(jī)計(jì)算出灰度值X₁所處區(qū)域面積S₁，灰度值X₂所處區(qū)域面積S₂以及灰度值X₃所處區(qū)域面積S₃。從而可以較為精確地計(jì)算該氣泡的體積V。

V＝S₁*L₁+S₂*L₂+S₃*L₃。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行可靠、工作穩(wěn)定、操作簡便等顯著的優(yōu)點(diǎn)。