一种燃料电池流道中液滴状态信息的提取方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种燃料电池流道中液滴状态信息的提取方法、装置及系统，该方法包括：获取液滴在流道中流动时的连续多帧图像；对连续多帧图像进行图像处理，得到连续多帧二值图像；对每帧二值图像均执行：提取液滴的二值轮廓线和液滴与流道的固液接触线；基于提取出的二值轮廓线，确定液滴的顶点坐标；基于提取出的二值轮廓线和固液接触线，确定二值轮廓线与固液接触线的左、右交点坐标；以顶点坐标为分界点，将二值轮廓线进行左、右分段，再对两段分段轮廓线进行圆或椭圆拟合，以确定轮廓圆的圆心坐标、半径；确定液滴顶点到固液接触线的高度以及分段轮廓线的中点坐标；根据拟合出的轮廓圆的半径以及液滴顶点到固液接触线的高度，确定轮廓圆的角度。轮廓圆的角度。轮廓圆的角度。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池流道中液滴状态信息的提取方法、装置及系统


[0001]本专利技术属于燃料电池领域，具体的说，是涉及一种燃料电池流道中液滴状态信息的提取方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池在汽车、轮船和空间动力装置上的广泛使用具有巨大的潜能，被认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源技术之一。
[0003]燃料电池运行过程中，特别是在大电流密度工况下，大量的液态水在流道内聚集，流道中的水传输会对电池的性能产生重要的影响。研究液态水的动态特性，需要获取流道内液态水的实时图像，并提取关键信息，基于图像分析技术准确计算液滴的尺寸信息和接触角信息是关键途径。
[0004]在实际研究中，为了模拟燃料电池流道中水的运动，通常采用VOF(有限体积法)的方法，然而，VOF方法中对于液滴的重构精确性是需要准确的固液界面和气液界面的并通过实验的方法修正模拟仿真中VOF模型参数是具有重大的意义。正因为这些原因，使得从实验的角度提取燃料电池运行过程中液滴生长和移动时液滴的关键物性参数成为科研的热点。建立一种分析和提取液态水的关键信息的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池流道中液滴状态信息的提取方法，其特征在于，包括：获取燃料电池运行时所产生的液滴在流道中流动时的连续多帧图像；针对液滴的连续多帧图像进行图像处理，得到液滴的连续多帧二值图像；针对液滴的每一帧二值图像，均执行：提取液滴的二值轮廓线和液滴与流道的固液接触线；基于所提取出的二值轮廓线，确定液滴的顶点坐标；基于所提取出的二值轮廓线和固液接触线，确定二值轮廓线与固液接触线的左、右交点坐标；以顶点坐标为分界点，将二值轮廓线进行左、右分段，再对两段分段轮廓线进行圆或椭圆拟合，以确定所拟合出的轮廓圆的圆心坐标、半径；以及确定液滴顶点到固液接触线的高度以及分段轮廓线的中点坐标；根据所拟合出的轮廓圆的半径以及液滴顶点到固液接触线的高度，确定轮廓圆的角度。2.根据权利要求1所述的燃料电池流道中液滴状态信息的提取方法，其特征在于，所述方法还包括：针对液滴的连续两帧二值图像，基于连续两帧二值图像中的左、右交点坐标，确定液滴的固液接触线增长速度和固液接触线移动速度。3.根据权利要求1所述的燃料电池流道中液滴状态信息的提取方法，其特征在于，针对液滴的连续多帧图像进行图像处理，得到液滴的连续多帧二值图像的步骤包括：读取液滴的连续多帧图像中标号最小的图像，将标号最小的图像作为背景图像；利用背景差分法将全部剩余图像与背景图像相减，以对全部剩余图像进行背景去除；对背景去除的全部剩余图像进行灰度化处理；对灰度化处理的全部剩余图像进行二值化处理，得到液滴的连续多帧二值图像。4.根据权利要求1所述的燃料电池流道中液滴状态信息的提取方法，其特征在于，提取液滴的二值轮廓线的步骤包括：利用梯度下降法从液滴的二值图像中提取液滴的二值轮廓线；提取液滴与流道的固液接触线的步骤包括：从液滴的二值图像中提取出所有二值量为预设值的坐标点；将纵坐标最大的坐标点作为起始点，以行或列最小遍历的方式，计算任意两坐标点间的斜率，从相邻两列中找到斜率小于预设标定值的两个坐标点，作为对应列上的目标点；再将所有的目标点依次相连形成所需求的固液接触线。5.根据权利要求1所述的燃料电池流道中液滴状态信息的提取方法，其特征在于，利用公式组：
计算所拟合出的轮廓圆的半径Lr和所拟合出的轮廓圆的坐标(Ox，Oy)，其中，(Lx，Ly)为拟合出的轮廓圆上的分段轮廓线与固液接触线的交点坐标，(Cx，Cy)为液滴的顶点坐标，(Mx，My)为拟合出的轮廓圆上的分段轮廓线的中点坐标；利用公式：h＝|Cy
‑
L
y
|确定液滴顶点到固液接触线的高度h；利用公式：确定拟合出的轮廓圆的半径r；利用公式：确定轮廓圆的角度θ。6.根据权利要求2所述的燃料电池流道中液滴状态信息的提取方法，其特征在于，针对液滴的连续两帧二值图像，基于连续两帧二值图像中的左、右交点坐标，确定液滴的固液接触线增长速度和固液接触线移动速度的步骤包括：计算连续两帧二值图像中的左、右交点分别对应的横坐标移动速率变化率；判断连续两帧二值图像中的左、右交点分别对应的两个横坐标移动速率变化率是否为零；若连续两帧二值图像中的左、右交点中有一个点对应的横坐标移动速率变化率为零，确定液滴的固液接触线移动速度为移动速度变化率为零的交点的横坐标移动速率，并确定液滴的固液接触线增长速度为移动速率变化率不为零的交点的横坐标移动速率；若连续两帧二值图像中的左、右交点分别对应的两个横坐标移动速率变化率均不为零，则确定液滴的固液接触线移动速度为左、右交点的横坐标移动速率差值的绝对值，并确定液滴的固液接触线增长速度为两个交点的横坐标移动速率。7.一种燃料电池流道中液滴状态信息的提取装置，其特征在于，包括：图像获取模块，用于获取燃料电池运行时所产生的液滴在流道中流动时的连续多帧图像；图像处理模块，用于针对液滴的连续多帧图像进行图像处理，得到液滴的连续多帧二
值图像；单帧二值图像信息提取模块，用于针对液滴的每一帧二值图像，均执行：提取液滴的二值轮廓线和液滴与流道的固液接触线；基于所提取出的二值轮廓线，确定液滴的顶点坐标；基于所提取出的二值轮廓线和固液接触线，确定二值轮廓线与固液接触线的左、右交点坐标；以顶点坐标为分界点，将二值轮廓线进行左、右分段，再对两段分段轮廓线进行圆或椭圆拟合，以确定所拟合出的轮廓圆的圆心坐标、半径；以及确定液滴顶点...

【专利技术属性】
技术研发人员：李煜，曾韬，陈金锐，秦彦周，
申请(专利权)人：重庆长安新能源汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：