动态光散射测量粒径分布的格雷码编码遗传算法反演运算

采用格雷码编码的遗传算法对动态光散射测量的粒径分布进行反演运算,数字测试结果表明,对于无噪声的分布,算法能精确的反演出各种粒子分布图像;对于加了一定噪声的分布,算法显示出较好的稳定性,能反演出主峰的分布图像.聚苯乙烯乳球的实验结果表明,该算法能反演双分布的粒径分布图像.与标准遗传算法和反演蒙特卡罗算法相比,该算法具有较高的搜索效率,能够用较少的计算时间快速搜索到最优解.格雷码编码遗传算法是一种更有效的随机反演算法.     

非独立模式算法下粒径分布反演及分类的研究

在光全散射法颗粒粒径测量中,提出一种非独立模式算法下粒径分布反演及分类的方法。对被测颗粒系分别按照不同的粒径分布函数同时进行反演,并依据反演误差大小判断被测颗粒系符合哪种分布函数。仿真实验结果表明,在非独立模式下,完全可以利用已知的不同分布函数的反演误差作为分类依据,从而更准确地确定被测颗粒系的粒径分布。采用的遗传反演算法能够在3个可见光波长下得到较准确的粒径分布,反演结果稳定可靠,最大限度地减少了多个波长的使用,从而对光源有更大的选择余地。对透射消光测量结果加入5%随机噪声时,单峰分布颗粒系的反演误差小于5%,多峰分布颗粒系的反演误差小于10%。整个算法运行时间小于2 s。该方法具有原理简单,计算速度快等优点,能够满足颗粒粒径在线测量的要求。     

可见-红外波段光全散射法颗粒粒径测量范围的研究

在光全散射法颗粒粒径测量中,采用独立模式算法在可见-红外波段对粒径测量范围进行了深入的研究。通过对多种R-R分布函数反演结果进行分析,比较,以确定光全散射法颗粒粒径测量范围。同时在消光系数计算中,采用修正的消光系数代替原始的消光系数,以便得到更准确的粒径测量范围。仿真计算结果表明,在可见-红外光谱区,相对折射率m=1.235时的粒径测量范围为0.05～18 μm。在此区域内测量粒径分布,反演结果与真值基本吻合。随着颗粒相对折射率、波长范围的变化,粒径测量范围也随之发生改变。采用限制最小二乘算法能够最大限度地克服随机噪声对测量结果的影响,使测量的精度和可靠性明显提高。对测量的消光值加入±1%随机噪声时,颗粒粒径分布的反演均能得到满意的结果。     

基于相函数和消光因子的水雾粒子最佳消光半径研究

人造水雾可有效衰减红外辐射而广泛应用于目标红外隐身领域,获得最佳消光效果的水雾粒子半径分布区间成为国内外研究的重点和难点。在米氏(Mie)理论的基础上给出了粒子消光的物理和数学模型,总结了确定人造水雾最佳消光半径的三个条件,采用散射相函数和消光效率分析相结合的方法,经过Matlab编程计算分析了针对中、远红外波段的水雾粒子最佳消光半径,获得了较为明确的粒径分布区间,给出了中、远红外波段的最佳粒径分布规律。该结论可对舰船及陆路目标的红外隐身及消防灭火研究提供参考。     

气液两相流速度及粒径分布激光干涉测量方法的研究

为了实现对气液两相流的粒子粒径、空间分布及其速度测量。对激光干涉气液两相流测量技术（ILIDS）进行了深入研究,该技术是一种应州于气液两相流测量的新技术,其主要优点是不干扰流场和颗粒粒径、位置测量精度高。基于该技术所开发的图像自动处理方法可以利用普通粒子成像测量技术系统拍摄气液两相流的激光散射干涉图像。并利用图像卷积定位、傅里叶变换频率分析及其图像互相关测速等图像处理手段从干涉图像中自动提取粒子的位置、直径和速度信息。为了验证该方法的测量精度,对喷嘴生成的气水两相流进行了测量实验,得到了喷嘴出口处不同区域的粒径、速度矢量的空间分布,并将测得的速度矢量与用粒子成像测量技术方法测得的结果进行对比,证明两种方法测量的平均速度差别仅为0．38％。     

射流影响下气固两相流动试验的定量分析

为了研究受限空间内的射流影响下的气固两相流动,本文采用数码颗粒图像测速仪（DpIV）系统测量颗粒分布,并开发了一套用于处理DPIV颗粒图片的算法,可用于准确地定量分析通道内的颗粒分布。使用该算法能够获得颗粒在拍摄平面内的二维相对浓度数据,定量分析该数据发现,在同样的流场条件下,射流对气流场和不同粒径颗粒的影响区域存在明...     

基于MDA法计算水雾粒子红外隐身粒径

水雾隐身技术是一种较为理想且经济适用的目标特征信号控制技术。本文从辐射传输方程出发,考虑水雾粒子的本身辐射和散射,提出以红外表观透射率评价水雾粒子的红外隐身性能。应用Modified Differential Approximation(MDA)法结合MIE理论,计算了水雾粒子红外表观透射率随水雾粒子浓度和粒径的变化关系,得到水雾粒子最佳红外隐身粒径。结果表明:水雾粒子的红外表观透射率随粒子浓度的增加而减小,但当粒子的浓度增加到一定值时,红外表观透射率基本保持不变;水雾粒子的红外表观透射率随粒径的增加先减小后增大,当探测波段为3～5μm时,水雾粒子的最佳红外隐身粒径为6μm;而探测波段为8～12μm时,水雾粒子的最佳红外隐身粒径为12μm。     

多频声衰减法测量低密度差异液固两相流粒径分布

针对低密度差异液固两相流的分散相粒径分布测量问题,提出多频超声衰减测量方法。以ECAH (Epstein Carhart Allegra Hawley theory)理论模型为基础,分析了不同物性参数对多频超声衰减的影响,建立了分散相粒径分布与多频超声衰减之间的理论关系,用于计算被测流体中超声衰减的理论预测值。通过构造实测多频衰减与待求粒径分布间的目标函数,将粒径分布的反演表示为优化问题,利用高斯量子粒子群算法对不同粒径颗粒浓度参数寻优,实现粒径分布的反演。以微米级聚苯乙烯颗粒与水制备的悬浮液作为研究对象,在搅拌条件下进行动态实验。实验结果表明,利用4~11 MHz的多频超声衰减测得的粒径分布,与Mastersizer 2000激光粒度分析仪的测量结果基本一致,平均粒径误差为5.60%。     

全场彩虹技术测量喷雾浓度及粒径分布

喷雾颗粒的浓度、粒径等多参数的同时测量是研究喷雾的关键. 对应用全场彩虹技术测量双组分液滴的浓度及粒径分布进行了研究. 基于改进的Nussenzweig理论,对液滴折射率和粒径分布采用无分布函数算法进行最优化求解, 然后通过折射率与浓度的关系反推液滴浓度.用模拟全场彩虹信号对该算法进行了验证, 该算法可准确反演具有单峰分布、双峰分布粒径特征的液滴群的折射率与粒径分布. 并对体积分数从0%到100%的乙醇溶液喷雾进行了实验测量, 结果表明,所测得折射率与理论值符合,粒径分布稳定.该技术在喷雾浓度测量方面具有广阔的应用前景. 关键词： 全场彩虹技术 折射率 粒径 组分     

前向光散射颗粒测量技术中遗传算法的应用

在前向光散射颗粒测试技术中,反演算法是影响测量结果的主要因素之一。遗传算法作为一种较新的自适应全局优化算法,其参数优化和目标函数的设计决定了颗粒粒径分布的反演效果。本文对遗传算法中相关参数的设置进行讨论,通过数值模拟验证了该算法对多分散颗粒系统粒径分布的反演效果,并对聚苯乙烯标准颗粒进行实测和反演计算。结果表明:遗传代数为3 200、种群尺度为50、交叉算子0.7、变异算子为0.002和光顺因子权重系数为1.5×10~(-5)的优化遗传算法在颗粒粒径分布反演时具有较好的稳定性和抗噪性能,能够有效重建颗粒粒径分布。     

二维及三维流场的光学测量方法

对于复杂的非定常流动 ,流场的测量往往要求无干扰、非接触 ,并且能够瞬时记录流场的二维甚至三维信息。对近年来流场测量领域发展快速、应用广泛的几种光学测量方法 ,如 PIV技术及其由此发展而来的 DPIV和 HPV技术 ,做一些介绍和比较。     

An image-shifting technique based on grey-scale classification for particle image velocimetry

The image-shifting techniques are used to overcome the directional ambiguity of particle image displacement in the measurement of particle image velocimetry (PIV). This paper proposes an image-shifting technique based on grey-scale classification for PIV. By calculating the unified grey-scale statistical frequency of each interrogated unit, the directional ambiguity is resolved without any special requirement of the camera, and the particle image displacement is calculated synchronously. This image-shifting technique can be realized by controlling the difference in the light intensity of two lasers. Using this new technique, a PIV system was developed and used to measure the diesel spray flow. The displacement vector map of fuel particle in the spray flow was obtained, and the structure of the spray flow was investigated. The application confirmed that the image-shifting technique is viable and effective.     

局部方差在图像质量评价中的应用

将灰度图像的局部方差分布（QLS）作为表征图像结构信息的一个重要特征,对局部方差分布矩阵进行奇异值分解,计算得到相应的奇异值特征向量;通过计算降质图像与原参考图像局部方差矩阵奇异值特征向量的夹角大小度量两图像的结构相似度,实现了对降质图像的质量评价。实验结果表明：局部方差分布更能突出图像的结构特征,评价结果优于传统的均方误差（MSE）、峰值信噪比（PSNR）、结构相似度（SSIM）以及直接评价图像像素分布的奇异值分析（SVD）等方法,与人眼视觉感知效果的一致性较好。     

Particle pairing using genetic algorithms for PIV

This paper presents a new particle pairing algorithm using “Genetic Algorithms” for DPIV (Digital Particle Image Velocimetry), which are searching algorithms for obtaining an optimal solution based on the mechanism of evolution. The particle pairing between two tracer images with a constant time interval is needed to obtain a velocity vector field. Since the algorithm adopts a fitness function which totally evaluates the similarity between respective small particle patterns in the two tracer images over the field, it promises to give a more correct velocity vector distribution than the conventional PTV (Particle Tracking Velocimetry) which identifies each particle based on its local information. In addition, a particle pattern matching for the similarity is performed after correcting fluid rotation. It therefore is robust against a high particle density and an increase in the time interval. The algorithm is applied to the PIV standard images distributed through the Internet (http://www.vsj.or.jp/piv). It gives a correct velocity vector distribution as a result even if a pair of the successive images has a large time interval.     

应用低相干动态光散射法测量悬浮液中的颗粒粒径分布

利用低相干动态光散射法测量不同浓度悬浮液中的颗粒粒径分布。由低相干光源和迈克尔逊干涉仪,结合传统的动态光散射技术组成低相干动态光散射装置,通过检测单次背散射光的能谱分布,利用CONTIN算法得到不同浓度悬浮液中颗粒的粒径分布。结果表明,对于1%～10%体积浓度范围内的单分散悬浮液羊品测量得到的颗粒粒径精确度在4%以内。     

基于自相关函数的激光散斑统计半径的测量

为了测量激光散斑的统计半径,运用统计光学理论推导了二维近场散斑光强的归一化自相关函数,并提出了通过求解散斑图像自相关拟合函数的系数来计算激光散斑统计半径的一种测量方法,利用该测量方法编制的测量软件可以方便地计算出激光散斑的统计半径.通过对尺寸已知的模拟散斑的测量,测量结果与实际尺寸相吻合,证实了该测量方法的可行性.     

粒子成像测速法中询问域大小的选择与粒子位移量的关系

通过分析询问域大小对底片乳剂颗粒产生的散斑噪声及其散斑噪声对干涉条纹识别的影响,推导出了询问域大小的选择与被测粒子位移量之间的关系,并详细讨论和分析了询问域的大小对所能探测的粒子位移量最大值的限止,以及合理选择询问域大小的依据.     

液体材料超声处理过程中声场和流场的分布规律研究

针对合金熔体等液体材料的超声处理过程,选取水作为透明模型材料,采用数值模拟计算和示踪粒子实验方法,研究了20和490 kHz两种频率超声作用下水中的声场和流场分布.结果表明,增大变幅杆半径能够提高水中声压水平,扩大空化效应的发生区域.当超声频率为20 kHz时,水中声压最大值出现在超声变幅杆下端面处,且声压沿传播距离的增大而显著减小.如果超声频率增加至490 kHz,水中的声压级相比于20 kHz时明显提高,且声压沿着超声传播方向呈现出周期性振荡特征.两种频率超声作用下水中的流场呈现相似的分布特征,且平均流速均随着变幅杆半径增大表现出先升高后降低的趋势.变幅杆半径相同时,20 kHz频率超声作用下水中的平均流速高于490 kHz频率超声.采用示踪粒子图像测速技术实时观察和测定了水中的流速分布,发现其与计算结果基本一致.