Система измерения размеров частиц теневым методом ShadowSizer
Решение для определения размеров, скорости, формы и прочих характеристик частиц
Широкое разнообразие вариантов определения размеров частиц
Измерение размеров и скорости необходимо для полного понимания многофазных явлений, охватывающих аэрозоли, твердые частицы в воздухе или жидкостях, а также пузырьковые потоки при наличии или отсутствии твердых частиц. Исследования многофазных явлений становятся более информативными, если сбор данных осуществляется не в какой-либо отдельной точке, а по определенной области с пространственно-временным разрешением.
Измерительная система ShadowSizer идеально подходит для понимания сложных процессов многофазного потока, таких как разделение распыления, рост пузырьков, конденсация, пространственное распределение частиц по размеру и корреляция размер/скорость. ShadowSizer представляет собой законченное решение, способное напрямую измерять размеры, скорость и форму частиц на основе теневого изображения, поэтому для получения точных результатов не требуется наличие сферических частиц или информация о составе.
Основные преимущества
• Широкий спектр областей применения: капли, пузырьки, твердые частицы (неподвижные или движущиеся в потоках)
• Мгновенное измерение области пространства на низких или высоких частотах
• Какая-либо предварительная информация о частицах не требуется
• Интуитивно-понятная, простая в настройке и использовании система, реализующая принцип полного соответствия
• Возможно измерение очень маленьких частиц (вплоть до 5 мкм)
Простое в использовании решение для измерения размеров по теневым изображениям
Система ShadowSizer, предназначенная для картографирования размеров, скорости и формы частиц в двухфазных потоках, реализует принцип полного соответствия-«что видите, то и получаете». В результате с этой системой очень легко работать (по сути, так же просто, как и фотографировать). Решение состоит из специальной видеокамеры и источника задней подсветки, такого как лазерный светодиод или стробоскоп. Совместное использование компьютера и программного обеспечения DynamicStudio позволяет получать и анализировать изображения в рамках одной платформы. Для видеокамеры доступны два разных микроскопа дальнего действия, каждый из которых комбинируется с различными объективами, чтобы решить соответствующую задачу.
Схематическое представление системы, состоящей из источника света, видеокамеры с микроскопом дальнего действия, программного обеспечения и электронного оборудования
Принцип работы
Для задней подсветки объекта используется источник света, а съёмка теневого изображения осуществляется с помощью видеокамеры. Короткая световая вспышка и устройство точной синхронизации позволяют получить мгновенный снимок движения частиц в потоке. Изображение анализируется посредством улучшенного алгоритма сегментации, чтобы извлечь информацию о размере и форме частиц. Для извлечения информации о скорости используется специальный алгоритм отслеживания частиц.
Краткое описание системы ShadowSizer
Система состоит из ПЗС- или КМОП (СMOS) -видеокамеры с высокой разрешающей способностью, объектива для микроскопа дальнего действия, источника света, калибровочной мишени и программного обеспечения. Возможно изменение конфигурации системы путем выбора различных видеокамер, оптики (объектива видеокамеры) и осветительных устройств, которые наилучшим образом подходят для конкретного варианта применения с точки зрения согласования диапазона измерения скорости потока, площади измерения и размера частиц.
|
Источник света Для задней подсветки объекта измерения доступны два источника света — блок светодиодной подсветки и стробоскоп ShadowStrobe. Оба источника света не создают дифракционных пятен, формируют очень однородный яркий фон и легко управляются с помощью программного обеспечения. Блок задней светодиодной подсветки • Высокая интенсивность, отсутствие когерентности • Импульсное и непрерывное освещение • Длительность импульса всего лишь 2 мкс, частота повторения до 100 кГц • Компактность, простота подключения и экономия пространства • Экономическая выгода Стробоскоп ShadowStrobe • Используется совместно с лазерами (оптическое соединение через гибкий жидкостный световод) • Доступен широкий выбор лазеров, характеризующихся различной выходной мощностью и частотой повторения • Незаменим при высокоскоростном распылении или скорости потока до нескольких сотен метров в секунду • Регулировка площади освещения посредством фокусировки Видеокамера Доступен широкий модельный ряд ПЗС- и КМОП-видеокамер, благодаря чему можно выбрать подходящую видеокамеру с учетом соответствующего варианта применения. ПЗС-видеокамеры FlowSense EO не только экономически выгодны, но и характеризуются очень низким уровнем шумов, а КМОП-видеокамеры серии SpeedSense способны вести съемку с высокой частотой кадров (до двадцати тысяч изображений в секунду). Ознакомьтесь с техническим описанием видеокамер FlowSense/HiSense и SpeedSense. Микроскопы дальнего действия Для измерения небольших частиц на относительно больших расстояниях необходим микроскоп дальнего действия, чтобы избежать загрязнения видеокамеры в результате взаимодействия с объектом измерения (например, при исследовании аэрозоля). Доступны два типа микроскопов дальнего действия, позволяющих получать необходимое большое увеличение изображений. Каждый из них можно соединять с различными объективами, чтобы достигнуть подходящего увеличения. Тип I очень прост в обращении и имеет регулируемую апертуру. Кроме того, его дифракционно-ограниченное поле составляет 43 мм (диагональ), что позволяет адаптироваться ко всем моделям датчиков изображения. Тип Q обеспечивает большее увеличение, необходимое для измерения более мелких частиц при меньшем поле обзора. Микроскоп дальнего действия (тип I) • Максимальный коэффициент увеличения: ~2,2 • Количество объективов: 2 • Особенности: удобное обращение; регулируемая апертура; адаптация ко всем моделям датчиков изображения Микроскоп дальнего действия (тип Q) • Максимальный коэффициент увеличения: ~12,5 • Количество объективов: 4 (возможны различные комбинации) • Особенности: большой коэффициент увеличения; несколько вариантов объективов |
Блок светодиодной подсветки с диффузором для обеспечения равномерной подсветки
Источник света ShadowStrobe с жидкостным световодом
Видеокамеры SpeedSense и FlowSense EO
Микроскопы дальнего действия типов I и Q |
|
Оба типа микроскопов дальнего действия поставляются вместе со специальной мишенью для калибровки шкалы. В комплект поставки также входят элементы крепления микроскопа дальнего действия, видеокамеры и осветительных приборов. Обычно выбор подходящего микроскопа зависит от минимального размера исследуемых частиц. Как показывает практика, для обнаружения одной частицы требуется не менее 4 точек изображения. Например, если размер пикселя видеокамеры составляет 5 мкм, а коэффициент увеличения равен 1,5, тогда минимальный размер капли/частицы вычисляется следующим образом: 5 x 4 / 1,5 ~ 13 мкм. Ниже в таблице представлена краткая информация о диапазоне измерения в зависимости от видеокамеры, микроскопа дальнего действия и источника света.
Диапазон измерения для различных комбинаций оборудования. Поле обзора и минимальный размер вычислены на основе максимального увеличения микроскопа дальнего действия. Максимальная скорость вычислена для частицы размером 200 мкм. Частицам меньшего размера соответствует более низкая максимальная скорость. Программное обеспечение Программный модуль ShadowSizer служит дополнением к DynamicStudio — инновационной, гибкой и простой в использовании программной платформе для измерений на основе изображений. Настройка оборудования не представляет труда благодаря использованию автоматически настраиваемых устройств и динамических мастеров. Программная платформа помогает на протяжении всего процесса, начиная с настройки системы и заканчивая сбором, обработкой и представлением данных. Анализ изображений и обработка данных Полученные изображения, содержащие тени частиц, предоставляют геометрическую информацию для каждой частицы. Усовершенствованный надежный детектор контуров способствует правильному измерению геометрии и размеров. Для каждой обнаруженной частицы измеряются следующие параметры: • Положение • Векторы скорости • Форм-фактор • Площадь • Эксцентриситет • Эквивалентный диаметр • Периметр • Эквивалентный объём • Длина большой/малой оси • Ориентация Скорость частицы определяется с использованием информации о смещении частицы между двумя последовательными изображениями. Результаты вычисляются с использованием алгоритма анемометрии по перемещениям отдельных частиц (PTV). |
Параметры частиц • Положение • Эквивалентный диаметр • Векторы скорости • Периметр • Форм-фактор • Эквивалентный объём • Площадь • Длина большой/малой оси • Эксцентриситет • Ориентация
Капли при распылении воды (указаны векторы скорости и границы)
Пространственное распределение, кумулятивная гистограмма и таблица для анализа данных |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
Для получения наилучших результатов необходимо, чтобы изображения ShadowSizing имели высокое соотношение сигнал/шум и высокую контрастность. Платформа DynamicStudio имеет обширную библиотеку обработки изображений (IPL), которую можно использовать для предварительной обработки изображений с целью получения качественных результатов численного анализа размеров. Программное обеспечение ShadowSizing позволяет проводить статистический анализ с последующим представлением данных в виде гистограмм и графиков пространственного распределения. Данные можно экспортировать в несколько форматов или использовать совместно с технологией MatLab® Link для дальнейшего анализа, определяемого пользователем.
Информация для оформления заказа
Ниже перечислены типичные компоненты системы ShadowSizer. Для получения дополнительной информации о других подходящих видеокамерах, лазерах и т. д. обратитесь к местному представителю компании Dantec Dynamics.
|
Категория |
Компонент |
Номер |
|
Источник света |
Блок задней светодиодной подсветки |
9080X7303 |
|
Сдвоенный лазер DualPower 65-15, 65 мДж при 15 Гц, 532 нм |
9138A7533 |
|
|
Сдвоенный лазер DualPower 15-1000, 15 мДж при 1000 Гц, 527 нм |
9138A7511 |
|
|
Стробоскоп ShadowStrobe для лазерного луча диаметром < 4 мм |
9065X0551 |
|
|
Стробоскоп ShadowStrobe для лазерного луча диаметром 4-6,5 мм |
9065X0561 |
|
|
Жидкостный световод (макс. диаметр луча 4 мм) |
9080M1351 |
|
|
Жидкостный световод (макс. диаметр луча 6,5 мм) |
9080M1361 |
|
|
Видеокамера |
Видеокамера FlowSense EO 4M-32, 2048 x 2048 пикселей, 32 кадра в секунду |
9081C0141 |
|
Видеокамера SpeedSense Lab 310, 1 Мп, 3260 кадров в секунду, 12 ГБ |
9084C5031 |
|
|
Комплект проставок для видеокамер SpeedSense Lab и системы ShadowSizer |
9081X0101 |
|
|
Микроскоп |
Микроскоп дальнего действия (тип I), в том числе блок калибровки и элементы крепления |
9081X0111 |
|
Микроскоп дальнего действия (тип Q), в том числе блок калибровки и элементы крепления |
9081X0121 |
|
|
Программное обеспечение |
Базовый пакет DynamicStudio |
9080S0571 |
|
Дополнительный модуль Dynamic Studio ShadowSizer |
9080S0481 |
|
|
Электронные компоненты |
Блок синхронизации (8 выходов, 2 входа USB) |
9080N0481 |
|
Компьютер для обработки изображений, полученных от однокамерной системы формирования изображений |
9081N0021 |