水下在线微米气泡实时动态观测系统

什么是微纳米气泡

       按照国际标准化组织（ISO）的定义，微纳米气泡（Fine Bubble）就是液体中直径小于100微米的气泡，根据气泡的大小又分为微米尺寸的微米气泡（Micro-Bubble；MB）和纳米尺寸的纳米气泡（Ultrafine-Bubble；UFB）两种。微纳米气泡之所以单独分为一类，是因为它和一般见到的毫米级微小气泡（Milli-Bubble）具有截然不同的特点，参见图2。

（图2）

       近年来，微纳米气泡的很多优异功能被发现，如比表面积大、停留时间长、界面zeta电位高等。除了其本身的性质外，由这些性质产生的效果也很独特，如自身增压溶解、产生自由基、强化传质效率等，因此微纳米气泡在环境保护、农业、胶片制作、医学诊断与治疗、浮选、污水处理、土壤改良、采油及冶金工业等诸多领域中得到很好的应用，在美日中德等世界各国发展迅猛，万亿市场可期。
       2013年，国际标准化组织（ISO）设立新的技术委员会-微泡技术委员会、以及相应的标准组：ISO/TC281。2018年10月，中国颗粒学会微纳气泡专业委员会成立。2019年11月，国家标准化管理委员会决定成立全国微细气泡技术标准化委员会。

ZYWNP-WJS-1型水下在线微米气泡实时动态观测系统

       微纳米气泡技术的应用场景极其丰富：水产养殖、栽培、灌溉、施肥、膜生物反应器、含塑料废水处理、稳定塘、城市污水处理、固-液和液-液分离污水处理设备、牛奶厂废水、肉加工厂、高尔夫球场水塘、啤酒厂污水处理、增氧泥浆细菌分解池、虾场、池塘泻湖、藻类控制、养牛场、鱼类运输、鱼类保鲜、环境保护、农业、浮选、污水处理、土壤改良、蔬菜种植、无土栽培、纳米气泡洗浴花洒、纳米气泡水龙头、医疗、健康养生，等等。
       正因为微纳米技术应用广泛，制备方法多样、发生设备多种，微纳米气泡直径不同性能效用差别巨大，因此人们迫切希望有检测微纳米气泡直径的设备。目前有一些实验室仪器可以检测到水样中微纳米气泡的直径，但是当微纳米气泡水样从科研生产实践的实体中取出，送往实验室的途中，微米级气泡基本散失、纳米级气泡也有部分灭失和状态改变，检测结果不能反映科研生产的实践水体中微纳米气泡的真实作用状态，使得科研没有实时数据支撑，也就无法量化指导生产实践中气泡尺寸控制的效果状态。
       JXWNP-WJS-1型水下在线微米气泡实时动态观测系统（纳米气泡另有型号），正是为了解决科研生产实践中、“水下”“在线实时”“动态”“可甄别”这几个关键词而开发的检测设备。
       JXWNP-WJS-1型水下在线微米气泡实时动态观测系统适用在流体环境中观测悬浮的微米级颗粒、胶体、气泡类物质，进行在线、连续、原位地观测。由于采用显微实像技术，检测结果完全是“所见即所得”，不仅数据真实可靠，还可甄别颗粒、胶体、气泡类物质，比如测量气泡时可以采用“含孔自动切分分析”手段自动排除固体颗粒、胶体等干扰物质。该设备大大丰富了易失样品的观测、检验手段，帮助我们更为简易地了解此类微小物体的生成、运动、作用模式。
       该设备同样广泛适用于纤维工业、油脂、造纸、墨水、食品、橡胶、合成树脂、制药、采油、石油及其它高分子工业等的各种液体微粒悬浮体系，是大专院校、工矿企业等单位在科研生产实践过程中在线监视和控制产品性能，稳定及提高产品质量的新型手段。
       该设备具有结构紧凑、使用维护方便，观测迅速、结果可靠等特点。

（图3）

主要技术指标
图像分辨率：0.6～4 微米/像素
测量范围：1微米～100微米（其实数百微米也可测量，这个范围是考虑ISO关于微气泡的定义）
物距：13毫米（外壳最外层玻片到观测样品的距离）
变倍：0.7～4.5物理变倍、9档电动变倍
CCD摄像头：60帧（标配）～2000帧（选配）
***注：选配高速摄影需要配套专业软件、高亮灯光以及固态硬盘
外形尺寸L×W×H ：600×200×200（毫米）
防水：机头IPX7
仪器重童：约10公斤 
电源：AC 220V ±10 %，50Hz ±1% 
配套专业影像分析软件

（图4）软件设置界面-放大倍率可调

设备构成和工作原理
1 、设备构成
仪器主体由CCD摄像头，显微放大镜头，密闭透明外壳，防水数据线和机电控制箱组成。
并配备微机工作站，专业测量软件进行图像采集和分析。
2 、工作原理
仪器使用针对环境的结构设计，保证密闭环境下的密封、防蚀的工作需求。通过在液体中的显微镜头获得实时的样品图像。图像传至微机工作站中对图像进行筛选分辨，测量，统计数据。

示例
提示1、气源为空气时，可以直接在环境中采集气源；气源为纯氧、臭氧、氢气时，需要准备好相应的气源钢瓶或发生器。
提示2、200帧/秒及以上的高速摄影需要高亮光源；计算机需要配固态硬盘。

（图5）打开测量图片

（图6）标定图片

（图7）单阈值目标选取

（图8）分析目标选取并着色

（图9）目标分析选项

       
（图10）自动切分分析

（图11）分析结果参数列表