一种液体环境中气泡体积测量方法技术

本发明专利技术涉及水下测试技术领域，具体涉及一种液体环境中气泡体积测量方法，其特征在于包括：令X射线发生源产生的X射线穿透液体盛放容器，在图像增强器生成图像；用高速摄像机实时采集该图像，并用电脑对图像灰度值标定；依据参比试件实际尺寸与图像灰度值，获取在该条件下的灰度值与厚度的对应关系作为参考；在相同的X射线透射条件下，获取液体盛放容器中产生的被测气泡在X射线照射下所成影像，并计算该影像当中灰度值不同的各个区域的面积；参考由参比试件获得的灰度值与厚度的对应关系，确定不同区域气泡的厚度值，计算各个区域的体积，并测算气泡体积，本发明专利技术具有结构合理、运行可靠、工作稳定、操作简便等显著的优点。

Method for measuring bubble volume in liquid environment

The present invention relates to the technical field of water testing, in particular relates to a method for measurement of bubble volume in a liquid environment, characterized by X - ray to X - ray source generated through liquid container, the image intensifier image generated by a high speed camera; real-time acquisition of the image, and the image gray value calibration for the computer basis; reference actual size and image gray value obtained in the gray value under the condition of correspondence with the thickness as a reference; in the X - ray transmission under the same conditions, the generated liquid container of the detected gas bubble in X ray imaging, and calculate the image gray value of each region different area; reference specimen obtained by parametric correspondence between gray value and the thickness of different regions were determined bubble thickness value, calculated the volume of the region, and The invention has the advantages of reasonable structure, reliable operation, stable operation, simple operation, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种液体环境中气泡体积测量方法
本专利技术涉及水下测试
，具体涉及一种液体环境中气泡体积测量方法。
技术介绍
在水下环境测试过程中，经常需要测量液体环境中气泡的体积，从中提取相关数据，以便于后续工作的开展。传统的气体收集方法可以准确的测量出一系列气泡的体积之和，但难以分辨出单一气泡的体积。但在某些特定的应用场合，需要是单一气泡的体积而非一系列气泡的体积之和。通过工业相机，技术人员可以获取气泡的影像，并以此为依据，将气泡近似为球形，通过气泡面积，估算其体积。事实上，气泡的形状并非标准的球形，尤其是在其产生初期。因此，这种方式存在较大的误差。为进一步提高液体中单一气泡体积的测量精度，需采取更为先进的措施，对气泡体积进行精确测绘。X射线对物质具有较强的穿透能力，被广泛应用于医疗成像和工业探伤等行业。其工作原理是，当X射线穿过待检物体后，被物体吸收损耗的X射线与它的密度或浓度有关，经成像显示后得到能反映被测物体密度的灰白或彩色影像。利用X射线这一特征，可以实现对气泡体积的测量。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种结构合理、运行稳定、操作简便的基于X射线的液体环境中气泡体积测量方法。本专利技术通过以下措施达到：一种液体环境中气泡体积测量方法，其特征在于包括以下内容：选用参比试件，将其放置于液体盛放容器中，令X射线发生源产生的X射线穿透液体盛放容器，在图像增强器生成图像；用高速摄像机实时采集该图像，并用电脑对图像灰度值标定；依据参比试件实际尺寸与图像灰度值，获取在该条件下的灰度值与厚度的对应关系作为参考；然后，在相同的X射线透射条件下，在指定时刻，获取液体盛放容器中产生的被测气泡在X射线照射下所成影像，并计算该影像当中灰度值不同的各个区域的面积；最后，参考由参比试件获得的灰度值与厚度的对应关系，确定获得被测气泡影像中，不同区域气泡的厚度值，利用体积公式计算各个区域的体积，并利用积分方式测算气泡体积，完成测量过程。本专利技术所述液体环境中气泡体积测量方法通过以下机构实现：微焦X射线源、专用焊接水箱、图像增强器、高速摄像机和计算机，其中微焦X射线源与图像增强器置于焊接水箱两侧，且两者之间形成的光路方向与焊接方向垂直，首先，在焊接水箱中放置一薄壁乒乓球，作为参比试件，然后启动摄像装置，获得图片；由于乒乓球是标准球体，其中心处空隙大，射线透射率最高，灰度值最小，记为Xmin；同理，边缘处灰度值最大，记为XmaX；根据图像灰度值不同，将乒乓球影像分成三个区域，区域一灰度值为X1，区域二灰度值为X2，区域三灰度值为X3，其中，Xmin≤X1＜(XmaX-Xmin)/3+Xmin(XmaX-Xmin)/3+Xmin≤X2＜2*(XmaX-Xmin)/3+Xmin2*(XmaX-Xmin)/3+Xmin≤X3＜XmaX对应获取的图片，利用计算机可以测量影像的最大直径为D，灰度值X1所处区域直径为D1，灰度值X2所处区域直径为D2，乒乓球的实际直径为d，因此，根据球形特点，可以计算灰度值X1所处区域厚度L1，灰度值X2所处区域厚度L2以及灰度值X3所处区域厚度L3，其中，至此，建立起影像灰度值与待测空腔薄壁结构厚度之间的对应关系，为后续气泡体积的测量提供依据；在焊接过程中，高速摄像机将获取的气泡影像数据存储到计算机中，利用计算机计算出灰度值X1所处区域面积S1，灰度值X2所处区域面积S2以及灰度值X3所处区域面积S3，从而可以精确地计算该气泡的体积V：V＝S1*L1+S2*L2+S3*L3。本专利技术在工作时，X射线在穿过不同厚度的液体时，成像灰度有明显差异，利用该灰度差异值，可以估算液体厚度。气泡的存在，改变了液体的厚度。当X射线穿过液体中的气泡时，衰减减少，成像亮度增加。这样，可以根据灰度值，估算气泡厚度，之后，分别计算出灰度值相同区域的面积，厚度与对应面积的乘积即为体积，通过积分运算，得出气泡体积。基于上述原理，当容器中放置足量的液体后，首先在容器中放置一参比试件。该参比试件是全密封空心薄壁结构，其体积应接近待测气泡，并且易于根据其在X射线照射下的投影，推算出其投影区域中任意一点的厚度。令X射线发生源产生的X射线穿透液体盛放容器，在图像增强器生成图像，工业相机将其拍摄后，存储到电脑中。由于该参比试件为空心薄壁结构，射线穿透其不同区域时衰减程度不同，但液体盛放容器在射线穿透方向厚度均匀一致，因此，所产生影像的灰度差异与参比试件的厚度呈函数关系。在电脑中，将所获影像根据灰度值的差异等分成若干区域，等分数与测绘精度有关，份数越多，计算精度越高。由于参比试件尺寸已知，可以确定影像中每一点在摄像透射方向的厚度，从而得出不同灰度值对应的参比试件厚度，以便于后续测绘工作。L＝f(X),其中，L为参比试件的厚度，X为灰度值。然后，在相同试验条件下，在液体盛放容器中根据测试要求，产生待测的气泡。用相同的射线强度在射线成像装置上产生影像，并利用工业相机在相同曝光时间条件下，采集并将影像存储到电脑中。最后，对于获取的影像，利用软件计算不同灰度值(X1，X2……Xn)对应的面积(s1，s2……sn)；对于灰度值不同的各个区域，依据参比试件影像灰度值与参比试件厚度值的对应关系，确定被测气泡影像中，灰度值不同的各个区域其对应的气泡厚度值，L＝f(X)；最终，依据如下公式计算气泡体积：V＝f(X1)·s1+f(X2)·s2+……f(Xn)·sn，完成测量过程。本专利技术与现有技术相比，具有结构合理、运行可靠、工作稳定、操作简便等显著的优点。具体实施方式：下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明.在研究水下焊接气泡特征时，需要对气泡体积、形貌进行实时观测。根据本专利技术所示的测绘方法，采取如下技术方案，较为精确地测绘了水下焊接过程中所产生气泡的体积：该试验装置主要由微焦X射线源、专用焊接水箱、图像增强器、高速摄像机和计算机组成，微焦X射线源与图像增强器置于焊接水箱两侧，且两者之间形成的光路方向与焊接方向垂直。首先，在焊接水箱中放置一薄壁乒乓球，作为参比试件。然后启动摄像装置，获得图片。由于乒乓球是标准球体，其中心处空隙大，射线透射率最高，灰度值最小，记为Xmin；同理，边缘处灰度值最大，记为XmaX。根据图像灰度值不同，将乒乓球影像分成三个区域，区域一灰度值为X1，区域二灰度值为X2，区域三灰度值为X3，其中，Xmin≤X1＜(XmaX-Xmin)/3+Xmin(XmaX-Xmin)/3+Xmin≤X2＜2*(XmaX-Xmin)/3+Xmin2*(XmaX-Xmin)/3+Xmin≤X3＜XmaX对应获取的图片，利用计算机可以测量影像的最大直径为D，灰度值X1所处区域直径为D1，灰度值X2所处区域直径为D2。乒乓球的实际直径为d，因此，根据球形特点，可以利用计算机计算灰度值X1所处区域厚度L1，灰度值X2所处区域厚度L2以及灰度值X3所处区域厚度L3，其中，至此，建立起影像灰度值与待测空腔薄壁结构厚度之间的对应关系，为后续气泡体积的测量提供依据。焊接过程中，高速摄像机将获取的气泡影像数据存储到计算机。利用计算机计算出灰度值X1所处区域面积S1，灰度值X2所处区域面积S2以及灰度值X3所处区域面积S3。从而可以较为精确地计算该气泡的体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体环境中气泡体积的实时测量方法，其特征在于：其包括以下步骤：选用参比试件，将其放置于液体盛放容器中，令X射线发生源产生的X射线穿透液体盛放容器，在图像增强器生成图像；用高速摄像机实时采集该图像，并用电脑对图像灰度值标定；依据参比试件实际尺寸与图像灰度值，获取在该条件下的灰度值与厚度的对应关系作为参考；然后，在相同的X射线透射条件下，在指定时刻，获取液体盛放容器中产生的被测气泡在X射线照射下所成影像，并计算该影像当中灰度值不同的各个区域的面积；最后，参考由参比试件获得的灰度值与厚度的对应关系，确定获得被测气泡影像中，不同区域气泡的厚度值，利用体积公式计算各个区域的体积，并利用积分方式测算气泡体积，完成测量过程。

【技术特征摘要】
1.一种液体环境中气泡体积的实时测量方法，其特征在于：其包括以下步骤：选用参比试件，将其放置于液体盛放容器中，令X射线发生源产生的X射线穿透液体盛放容器，在图像增强器生成图像；用高速摄像机实时采集该图像，并用电脑对图像灰度值标定；依据参比试件实际尺寸与图像灰度值，获取在该条件下的灰度值与厚度的对应关系作为参考；然后，在相同的X射线透射条件下，在指定时刻，获取液体盛放容器中产生的被测气泡在X射线照射下所成影像，并计算该影像当中灰度值不同的各个区域的面积；最后，参考由参比试件获得的灰度值与厚度的对应关系，确定获得被测气泡影像中，不同区域气泡的厚度值，利用体积公式计算各个区域的体积，并利用积分方式测算气泡体积，完成测量过程。2.根据权利要求1所述的一种液体环境中气泡体积的实时测量方法，其特征在于：所述参比试件是全密封空心薄壁结构，其体积应接近待测气泡，并且易于根据其在X射线照射下的投影，推算出其投影区域中任意一点的厚度。3.根据权利要求1所述的一种液体环境中气泡体积的实时测量方法，其特征在于：所述液体盛放容器放置于射线源与X射线成像装置之间，且在射线照射方向厚度均匀一致，另外，该液体盛放容器能够借助其他辅助设备，产生需要测试的气泡。4.根据权利要求1所述的一种液体环境中气泡体积的实时测量方法，其特征在于：所述测试过程包括参比试件在X射线照射下成像过程、被测气泡在X射线照射下成像过程等两个不同的成像过程，在两次成像过程中，成像条件保持不变，即X射线源、X射线成像装置以及工业相机其工作参数不变；X射线发生源、液体盛放容器、X射线成像装置、工业相机之间的相对位置保持不变；液体盛放容器中液体的类型保持不变。5.根据权利要求1所述的一种液体环境中气泡体积的实时测量方法，其特征在于：在测试过程中，需要通过参比试件，确定在特定...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宁，杜永鹏，冯吉才，付云龙，徐昌盛，陈昊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东,37