本发明公开了一种基于红外技术的凝结液珠形态的识别方法，首先通过校正以实现红外技术准确测量凝结表面温度，然后利用红外技术获取完整凝结表面温度分布，由于覆盖凝结液珠表面和未覆盖凝结液珠表面发射率存在差异进而导致液珠边缘呈现较大的温度梯度，利用该温度梯度可以识别凝结液珠轮廓，从而实现凝结液珠形态识别和信息统计。本发明提出的方法不受打光和反光的影响，液珠识别更为精确。本发明方法不仅能够获得凝结液珠的形态特性，同时可以得到液珠表面温度分布特性。
1.一种基于红外技术的凝结液珠形态的识别方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：首先在所测量凝结表面上方安装红外热像仪，然后依次按步骤S2和步骤S3进行红外技术校正；
S2：在凝结表面上布置热电偶，并将所需识别的水-酒精混合工质覆盖在凝结表面上，因此时为近距离拍摄，故忽略空气对红外线的吸收作用，且由于未安装红外玻璃，故认为透射率为空气透射率，即为1；如公式(2.2)所示，当热电偶所测点温度与红外技术所测目标温度一致，即Tobj为热电偶所测点温度时，即获得凝结表面发射率；然后选取凝结表面发射率，使得热电偶所测点温度与红外技术所测目标温度一致；之后不断改变凝结表面温度，若热电偶所测点温度与红外技术所测目标温度一致，则最终获得凝结表面的发射率ε，否则重新选取凝结表面发射率直至热电偶所测点温度与红外技术所测目标温度一致；
S3：在凝结表面上方安装红外玻璃，在凝结表面下方布置多个热电偶，将基于步骤S2校正获得的凝结表面的发射率ε代入公式(3)，当凝结表面下方热电偶所测平均温度与红外技术所测目标温度一致，即Tobj为凝结表面下方热电偶所测平均温度时，即获得红外玻璃透射率；利用锅炉产生的蒸气加热凝结表面，当蒸气在凝结表面上凝结并且凝结液膜完全覆盖凝结表面时，选取红外玻璃透射率，使得凝结表面下方热电偶所测平均温度与红外技术所测目标温度一致；之后不断改变蒸气温度，若凝结表面下方热电偶所测平均温度与红外技术所测目标温度一致，则最终获得红外玻璃透射率τα，否则重新选取红外玻璃透射率直至凝结表面下方热电偶所测平均温度与红外技术所测目标温度一致；
S4：进行纯水蒸气珠状或水-酒精混合蒸气类珠状凝结实验，将基于步骤S2、步骤S3校正获得的凝结表面发射率ε和红外玻璃透射率τα代入公式(1)，即获得所测量凝结表面温度Tobj；
其中，公式(2.1)、(3)为公式(1)直接推导得到，而公式(2.2)是公式(2.1)的一种特例，因此时为近距离拍摄，故忽略空气对红外线的吸收作用，且由于未安装红外玻璃，故认为透射率为空气透射率，即为1，因凝结表面处在大气环境中则认为反射温度T’refl为大气温度，因此将公式(2.1)简化为公式(2.2)；Tobj为选取凝结表面发射率和红外玻璃透射率后红外技术所测目标温度；ε为凝结表面发射率；τα为红外玻璃透射率，若未安装红外玻璃则为大气透射率；T’obj为凝结表面发射率和红外玻璃透射率均为1时红外技术所测目标温度；Trefl为反射温度，鉴于凝结表面周围存在大量蒸气，因此此反射温度即为蒸气温度；n＝3.9889；
Tatm为大气温度；T’refl为红外玻璃透射率为1且凝结表面处在大气环境时的反射温度，即为大气温度；
S5：将步骤S4中获得的凝结表面温度导出，并利用绘图软件绘制凝结表面温度分布图；
S6：对步骤S5得到的凝结表面温度分布图进行灰度处理，同时增大图片对比度，并根据色差识别凝结液珠边缘，然后统计凝结表面的液珠数量以及不同液珠的半径。
2.根据权利要求1所述的一种基于红外技术的凝结液珠形态的识别方法，其特征在于：
步骤S4中，在实验开始前对红外玻璃进行加热，以防蒸气凝结在红外玻璃底部影响拍摄效果。
一种基于红外技术的凝结液珠形态的识别方法
技术领域
[0001] 本发明涉及珠状或类珠状凝结液珠形态识别领域，特别提供了一种基于红外技术的凝结液珠形态的识别方法。
背景技术
[0002] 类珠状凝结或珠状凝结相比膜状凝结具有更高的传热效率，凝结形态特性研究对于揭示凝结机理、解释换热特性等具有重要意义。在目前凝结液珠形态的识别研究中，普遍基于可见光技术的高速摄像机等进行拍摄识别。
[0003] 现有方法至少存在以下缺点：
[0004] 1.使用高速摄像机等对液珠进行拍摄时，需要对凝结表面进行打光，打光的效果对液珠形态识别的结果具有很大影响。
[0005] 2.在液珠拍摄过程中，不少液珠会出现反光现象，严重影响液珠的形态特性信息统计。
[0006] 因此，寻求一种新的凝结液珠形态的识别方法，以实现对凝结液珠形态精确识别并准确统计形态特征信息，成为亟待解决的问题。
发明内容
[0007] 为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于红外技术的凝结液珠形态的识别方法，利用红外技术的灵敏性以及凝结液珠边缘存在较大的温度梯度这两个特性实现凝结液珠形态的识别。本发明提出的方法不受打光和反光的影响，液珠识别更为精确。
[0008] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 一种基于红外技术的凝结液珠形态的识别方法，包括如下步骤：
[0010] S1：首先在所测量凝结表面上方安装红外热像仪，然后依次按步骤S2和步骤S3进行红外技术校正；
[0011] S2：在凝结表面上布置热电偶，并将所需识别的凝结工质水-酒精混合工质覆盖在凝结表面上，因此时为近距离拍摄故忽略空气对红外线的吸收作用，且由于未安装红外玻璃故认为透射率为空气透射率，即为1；如公式(2.2)所示，当热电偶所测点温度与红外技术所测目标温度一致，即Tobj为热电偶所测点温度时，即获得凝结表面发射率；然后选取凝结表面发射率，使得热电偶所测点温度与红外技术所测目标温度一致；之后不断改变凝结表面温度，若热电偶所测点温度与红外技术所测目标温度一致，则最终获得凝结表面的发射率ε，否则重新选取凝结表面发射率直至热电偶所测点温度与红外技术所测目标温度一致；
[0012] S3：在凝结表面上方安装红外玻璃，在凝结表面下方布置多个热电偶，将基于步骤S2校正获得的凝结表面的发射率ε代入公式(3)，当凝结表面下方热电偶所测平均温度与红外技术所测目标温度一致，即Tobj为凝结表面下方热电偶所测平均温度时，即获得红外玻璃透射率；利用锅炉产生的蒸汽加热凝结表面，当蒸汽在凝结表面上凝结并且凝结液膜完全覆盖凝结表面时，选取红外玻璃透射率，使得凝结表面下方热电偶所测平均温度与红外技术所测目标温度一致；之后不断改变蒸汽温度，若凝结表面下方热电偶所测平均温度与红外技术所测目标温度一致，则最终获得红外玻璃透射率τα，否则重新选取红外玻璃透射率直至凝结表面下方热电偶所测平均温度与红外技术所测目标温度一致；
[0013] S4：进行纯水蒸气珠状或水-酒精混合蒸汽类珠状凝结实验，将基于步骤S2、步骤S3校正获得的凝结表面发射率ε和红外玻璃透射率τα代入公式(1)，即获得所测量凝结表面温度Tobj；
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018] 其中，公式(2.1)、(3)为公式(1)直接推导得到，而公式(2.2)是公式(2.1)的一种特例，因此时为近距离拍摄故忽略空气对红外线的吸收作用，且由于未安装红外玻璃故认为透射率为空气透射率，即为1，因凝结表面处在大气环境中则认为反射温度T’refl为大气温度，因此将公式(2.1)简化为公式(2.2)；Tobj为选取凝结表面发射率和红外玻璃透射率后红外技术所测目标温度；ε为凝结表面发射率；τα为红外玻璃透射率，若未安装红外玻璃则为大气透射率；T’obj为凝结表面发射率和红外玻璃透射率均为1时红外技术所测目标温度；Trefl为反射温度，鉴于凝结表面周围存在大量蒸汽，因此此反射温度即为蒸汽温度；n＝
3.9889；Tatm为大气温度；T’refl为红外玻璃透射率为1且凝结表面处在大气环境时的反射温度，即为大气温度；
[0019] S5：将步骤S4中获得的凝结表面温度导出，并利用绘图软件绘制凝结表面温度分布图；
[0020] S6：对步骤S5得到的凝结表面温度分布图进行灰度处理，同时增大图片对比度，并根据色差识别凝结液珠边缘，然后统计凝结表面的液珠数量以及不同液珠的半径。
[0021] 步骤S3在于通过校正获得红外玻璃的透射率，虽然红外玻璃的生产厂家会提供红外玻璃的透射率等参数，但是实验中凝结表面上方存在大量蒸汽，这会吸收凝结表面所发射的红外线，而这部分影响会折合到红外玻璃透射率中，同时厂家提供的透射率信息可能会有误差，因此需要通过校正获得在实验环境下的红外玻璃透射率。
[0022] 优选地，步骤S4中，在实验开始前要对红外玻璃进行加热，以防蒸汽凝结在红外玻璃底部影响拍摄效果。
[0023] 步骤S6中，凝结液珠识别原理在于覆盖凝结液珠表面的发射率约为0.95，而未覆盖凝结液珠表面的发射率约为0.6，两者间差异会在凝结液珠边缘呈现较大的温度梯度(约15℃/mm)，该特征是识别液珠轮廓的关键。可以利用该温度梯度识别凝结液珠轮廓，从而获得凝结液珠的形态信息(大小及数量等)。
[0024] 本发明提供了一种基于红外技术的凝结液珠形态识别方法，该方法不受打光和反光影响，液珠识别更为精确。本方法不仅能够获得凝结液珠的形态特性，同时可以得到液珠表面温度分布特性。
附图说明
[0025] 图1是本发明一种基于红外技术的凝结液珠形态识别方法流程图。
[0026] 图2是本发明一种基于红外技术的凝结液珠形态识别方法的识别效果图，其中图2(a)为根据导出的凝结表面温度数据绘制的凝结表面温度分布图，即为识别原图，图2(b)为获得的识别效果图。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0028] 如图1所示，本发明一种基于红外技术的凝结液珠形态的识别方法，包括如下步骤：
[0029] S1：首先在所测量凝结表面上方安装红外热像仪，然后依次按步骤S2和步骤S3进行红外技术校正；
[0030] S2：在凝结表面上布置热电偶，并将所需识别的凝结工质水-酒精混合工质覆盖在凝结表面上，因此时为近距离拍摄故忽略空气对红外线的吸收作用，且由于未安装红外玻璃故认为透射率为空气透射率，即为1；如公式(2.2)所示，当热电偶所测点温度与红外技术所测目标温度一致，即Tobj为热电偶所测点温度时，即获得凝结表面发射率；然后选取凝结表面发射率，使得热电偶所测点温度与红外技术所测目标温度一致；之后不断改变凝结表面温度，若热电偶所测点温度与红外技术所测目标温度一致，则最终获得凝结表面的发射率ε，否则重新选取凝结表面发射率直至热电偶所测点温度与红外技术所测目标温度一致；
[0031] S3：在凝结表面上方安装红外玻璃，在凝结表面下方布置多个热电偶，将基于步骤S2校正获得的凝结表面的发射率ε代入公式(3)，当凝结表面下方热电偶所测平均温度与红外技术所测目标温度一致，即Tobj为凝结表面下方热电偶所测平均温度时，即获得红外玻璃透射率；利用锅炉产生的蒸汽加热凝结表面，当蒸汽在凝结表面上凝结并且凝结液膜完全覆盖凝结表面时，选取红外玻璃透射率，使得凝结表面下方热电偶所测平均温度与红外技术所测目标温度一致；之后不断改变蒸汽温度，若凝结表面下方热电偶所测平均温度与红外技术所测目标温度一致，则最终获得红外玻璃透射率τα，否则重新选取红外玻璃透射率直至凝结表面下方热电偶所测平均温度与红外技术所测目标温度一致；
[0032] S4：进行纯水蒸气珠状或水-酒精混合蒸汽类珠状凝结实验，将基于步骤S2、步骤S3校正获得的凝结表面发射率ε和红外玻璃透射率τα代入公式(1)，即获得所测量凝结表面温度Tobj；
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037] 其中，公式(2.1)、(3)为公式(1)直接推导得到，而公式(2.2)是公式(2.1)的一种特例，因此时为近距离拍摄故忽略空气对红外线的吸收作用，且由于未安装红外玻璃故认为透射率为空气透射率，即为1，因凝结表面处在大气环境中则认为反射温度T’refl为大气温度，因此将公式(2.1)简化为公式(2.2)；Tobj为选取凝结表面发射率和红外玻璃透射率后红外技术所测目标温度；ε为凝结表面发射率；τα为红外玻璃透射率，若未安装红外玻璃则为大气透射率；T’obj为凝结表面发射率和红外玻璃透射率均为1时红外技术所测目标温度；Trefl为反射温度，鉴于凝结表面周围存在大量蒸汽，因此此反射温度即为蒸汽温度；n＝
3.9889；Tatm为大气温度；T’refl为红外玻璃透射率为1且凝结表面处在大气环境时的反射温度，即为大气温度；
[0038] S5：将步骤S4中获得的凝结表面温度导出，并利用绘图软件绘制凝结表面温度分布图；
[0039] S6：对步骤S5得到的凝结表面温度分布图进行灰度处理，同时增大图片对比度，并根据色差识别凝结液珠边缘，然后统计凝结表面的液珠数量以及不同液珠的半径。
[0040] 作为本发明的优选实施方式，步骤S4中，在实验开始前要对红外玻璃进行加热，以防蒸汽凝结在红外玻璃底部影响拍摄效果。
[0041] 如图2(a)为根据导出的凝结表面温度数据绘制的凝结表面温度分布图，即为识别原图。图2(b)为获得的识别效果图，并根据该图统计凝结表面液珠的数量及不同液珠的半径。通过对比图2(a)和图2(b)，可以发现本发明基于红外技术凝结液珠形态识别效果优良。
