一种基于Matlab图像灰度处理技术的液体波速测量装置。它由光源1、刻度尺2、热电偶3、摄像设备4、深度测量水槽5、滴水起波器6、振动起波器7、铁架台8、水泵9、水槽10、笔记本电脑11、信号转换器构成；铁架台8带有高度测量刻度尺,滴水起波器6及振动起波器7通过十字夹对称固定在铁架台8两侧；水槽10通过水管与水泵9连接，水泵9通过水管与滴水起波器6侧面相连，滴水起波器6溢水口通过水管与水槽10相连；热电偶3通过悬线与铁架台8相连，经过信号转换器与笔记本电脑11相连；摄像设备4通过单臂夹固定在铁架台8上，通过USB数据线与笔记本电脑11相连；刻度尺2横跨固定于深度测量水槽5，与水槽5侧面边框垂直。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种基于Matlab图像灰度处理技术的液体波速测量装置。它由光源1、刻度尺2、热电偶3、摄像设备4、深度测量水槽5、滴水起波器6、振动起波器7、铁架台8、水泵9、水槽10、笔记本电脑11、信号转换器构成；铁架台8带有高度测量刻度尺,滴水起波器6及振动起波器7通过十字夹对称固定在铁架台8两侧；水槽10通过水管与水泵9连接，水泵9通过水管与滴水起波器6侧面相连，滴水起波器6溢水口通过水管与水槽10相连；热电偶3通过悬线与铁架台8相连，经过信号转换器与笔记本电脑11相连；摄像设备4通过单臂夹固定在铁架台8上，通过USB数据线与笔记本电脑11相连；刻度尺2横跨固定于深度测量水槽5，与水槽5侧面边框垂直。【专利说明】一种基于Mat I ab图像灰度处理技术的液体波速测量装置
本技术涉及一种液体波速测量装置，尤其涉及一种基于Matlab图像灰度处理技术的液体波速测量装置。
技术介绍
目前常见的液体波速测量方法，往往对仪器精度要求较高且结构复杂，而操作简便且低成本的仪器又难以达到精度上的要求。前者例如利用超声光栅测量液体表面波波速，即根据液体波光栅衍射图样特征，通过图样特征与液体波参数及表面波波速表达式，得出液体波速，虽然误差很小，但其组件过于复杂昂贵，且对使用者的操作要求高，难以普遍使用。后者例如直接观测测波装置，其利用秒表确定液体波运动时间、浮标移动确定液体波运行，虽然成本较低，但考虑到移动体带来的视觉误差、测量工具的精度受限、处理方法上的简略，这种装置总体测量误差将会很大。因此，本技术提出一种液体波速测量装置，该实验装置采用基于Matlab图像灰度处理技术，实验设备简单，程序操作方便，智能化程度高，液体波显示直观清晰，极大的提升实验自动化程度和实验准确性。
技术实现思路
为了解决上述问题中的不足之处，本技术提供了一种基于matlab灰度处理的液体波速测量装置。为了解决上述问题，本技术提供了一种基于matlab灰度处理的液体波速测量装置。它由光源1、刻度尺2、热电偶3、摄像设备4、深度测量水槽5、滴水起波器6、振动起波器7、铁架台8、水栗9、水槽10、笔记本电脑11、信号转换器构成；铁架台8带有高度测量刻度尺，滴水起波器6及振动起波器7通过十字夹对称固定在铁架台8两侧；水槽10通过水管与水栗9连接，水栗9通过水管与滴水起波器6侧面相连，滴水起波器6溢水口通过水管与水槽10相连；热电偶3通过悬线与铁架台8相连，经过信号转换器与笔记本电脑11相连；摄像设备4通过单臂夹固定在铁架台8上，通过USB数据线与笔记本电脑11相连；刻度尺2横跨固定于深度测量水槽5，与水槽5侧面边框垂直。本技术与现有技术相比有如下优点:基于matlab图像灰度处理，并结合HyperSnap视频截取软件，与液体波运行录像产生及其存储部分一起，同时充分考虑液体温度、液体深度、液体浓度、起波频率在内的各方面影响因素，设计出新型液体波速测量装置，用以精确测量液体表面浅水波在各环境下的运行速度(经实验验证本装置实验精度能达到0.0lcm/s)。该装置能被运用于验证浅水波波速满足V=入gh、波速与液体浓度呈负相关、波速与温度在一定范围内成正相关的多个验证性实验。该装置还可用于做波的干涉类似的物理实验教学演示。同时，可以利用该实验装置分析各环境条件对液体波速的影响，间接获取导致液体表面波能量损耗的因素及其作用结果。该实验装置采用基于Matlab图像灰度处理技术，程序操作方便智能，液体波显示直观清晰，极大的适应浅水波波速测量的多因素实验条件，提升实验自动化程度和实验准确性。【附图说明】图1为本技术测量装置结构图。图2为本技术的工作流程图。【具体实施方式】如图1、图2所示，本技术由光源1、刻度尺2、热电偶3、摄像设备4、深度测量水槽5、滴水起波器6、振动起波器7、铁架台8、水栗9、水槽1、笔记本电脑11、信号转换器构成；铁架台8带有高度测量刻度尺，滴水起波器6及振动起波器7通过十字夹对称固定在铁架台8两侧；水槽10通过水管与水栗9连接，水栗9通过水管与滴水起波器6侧面相连，滴水起波器6溢水口通过水管与水槽10相连；热电偶3通过悬线与铁架台8相连，经过信号转换器与笔记本电脑11相连；摄像设备4通过单臂夹固定在铁架台8上，通过USB数据线与笔记本电脑11相连；刻度尺2横跨固定于深度测量水槽5，与水槽5侧面边框垂直。如图1所示，将光源I的基座垂直置于深度测量水槽5左侧，在深度测量水槽5底部张贴浅色、均色纸张，对光源I的亮光进行亮度均匀化处理，调整光源I的光源角度，使入射光线垂直液面以保证液体波明暗条纹的清晰度。滴水起波器6有高水位溢水口，水槽10、水栗9、滴水起波器6三者之间通过水管形成水路循环，保证在使用滴水起波器6做实验的实验过程中液面高度恒定。热电偶3通过悬线与带有高度标签的铁架台8相连，接触端浸于液体直内部，电压信号经过信号转换器与笔记本电脑11相连，实时准确地获得温度信号；如图1所示，铁架台8上的可活动的十字夹对称安装滴水起波器6、振动起波器7，实现即开即停的滴水起波与频率可调的机械起波两种起波模式。如图1所示，摄像设备4通过单臂夹固定在铁架台8上，镜头方向垂直液面，利用USB数据线与笔记本电脑11相连，实现传输液体波的运行录像的显示与存储，刻度尺2横跨固定于深度测量水槽5，与顶面边框垂直以确定“图像/实际”折算比例。如图2所示，装置运行过程如下:稳定运行起波器:根据实验目的选择相应的起波模式，通过灯架角度调整光源，使在测量水槽底部产生稳定移动的明暗相间条纹(液体表面波凹凸部分聚散垂直光形成)。通过热电偶采集液体温度，深度测量水槽深度标签获得波纹深度，高度标签得到滴水起波模式的起波水滴动能，频率调节器记录的机械起波频率，通过对波纹深度以判据进行判断，确认为浅水波后，调整刻度尺2，继而调整摄像设备，使其拍摄液体波运行录像并在笔记本电脑11实时显示并存储，利用Hyper Snap软件对录像进行固定时间间隔的图像截取，即对视频按长度为t的周期进行连续截图。利用Matlab对获得的截图进行灰度处理(图片被分成很多带位置坐标的小格，每个小格有其对应的灰度值代表这个小格处的颜色)，颜色区别明显的明暗条纹即可通过灰度值图上灰度值的不同而区别开来，实现定位。选定一测量波的波峰或波谷(一明条纹或暗条纹)，选取连续的两张时间间隔为t的灰度图像，利用两图上这测量波的位置坐标算出距离，即可由速度公式完成对应时间段对应状态的波速计算。该装置能被运用于验证浅水波波速满足V=入gh、波速与液体浓度呈负相关、波速与温度在一定范围内成正相关的多个验证性实验。以及做波的干涉物理实验教学演示。同时可以利用该实验装置分析各环境条件对液体波速的影响，间接获取导致液体表面波能量损耗的因素及其作用结果。该实验装置极大的适应浅水波波速测量的多因素实验条件，采用基于Matlab图像灰度处理技术，提升实验自动化程度和实验准确性。经实验验证本装置实验精度能达到0.0lcm/s ο上述实施方式并非是对本技术的限制，本技术也并不仅限于上述举例，本
的技术人员在本技术的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本技术的保本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于Matlab图像灰度处理技术的液体波速测量装置，其特征在于它由光源(1)、刻度尺(2)、热电偶(3)、摄像设备(4)、深度测量水槽(5)、滴水起波器(6)、振动起波器(7)、铁架台(8)、水泵(9)、水槽(10)、笔记本电脑(11)、信号转换器构成；所述铁架台(8)带有高度测量刻度尺,滴水起波器(6)及振动起波器(7)通过十字夹对称固定在铁架台(8)两侧；所述水槽(10)通过水管与水泵(9)连接，水泵(9)通过水管与滴水起波器(6)侧面相连，滴水起波器(6)溢水口通过水管与水槽(10)相连；所述热电偶(3)通过悬线与铁架台(8)相连，经过信号转换器与笔记本电脑(11)相连；所述摄像设备(4)通过单臂夹固定在铁架台(8)上，通过USB数据线与笔记本电脑(11)相连；所述刻度尺(2)横跨固定于深度测量水槽(5)，与水槽(5)侧面边框垂直。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张涌新，沈弘，徐诗甜，方正，张云，韩榕生，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：新型
国别省市：北京;11
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