温度场纹影定量测量技术

为了研究纹影系统的温度场定量测量技术,本文详细阐述了纹影技术的定量测量原理,并通过分析流场纹影图像灰度大小与未被遮挡的光源像面积的关系,提出了一种新颖的流场温度定量测量的计算方法。首先,在光学平台上搭建了透射式纹影系统,将加热平台放置在该系统的测量区域,利用CCD相机将采集到的纹影图像上传到上位机进行图像处理,然后采用该算法计算得到温度场的测量值,并与热电偶的测量值相对比。实验结果表明：在室温20℃时,将加热平台的温度分别设定为50℃和90℃,纹影系统测量得到的温度值相对误差小于10%,证明了该计算方法的可靠性,实现了以纹影技术为基础的温度场定量测量。     

PIV系统水洞流场测量准确度与误差分析

为了改进粒子图像测速技术,分析限制PIV系统测量准确度的因素.利用PIV系统分析比较了水洞中无模型和圆球模型两种环境下的流场.6 m/s水速下,无模型流场测量PIV系统测量准确度优于1.3%.通过比较标准球模型流场理论值和测量结果,表明,所测量区域内大部分区域的测量准确度均优于2%,在球模型边界与靠近连接杆位置,误差达到6%~8%左右.对造成PIV测量误差的原因进行了探讨,为系统改进提供了参考.     

一种纳米颗粒粒度测量的快速图像动态光散射法研究

提出了一种新的基于图像相关处理的图像动态光散射纳米颗粒粒度测量方法。该方法采用图像法测量纳米颗粒动态光散射空间分布信号,以很短时间间隔拍摄两幅动态光散射信号空间分布图,再用二维相关算法对这两幅图像进行处理,获得对应衰减时刻的相关系数,根据相应衰减时刻的粒径-相关系数曲线求得纳米颗粒的粒度。与传统动态光散射测量方法相比,将测量时间从百秒级缩短到微秒级,数据处理时间也缩短到毫秒级。对79、482和948 nm三种不同粒径的标准颗粒进行实验,测量结果误差小于7%,可以实现纳米颗粒粒度测量的实时在线。     

基于光场成像的三维粒子追踪测速技术

将光场成像理论与三维颗粒追踪测速(PTV)技术相结合,实现了单相机三维流场的测量。结合高斯光学和相似原理,推导出了深度与最优重聚焦系数的关系。搭建了光场标定与流场测量系统,提出基于光场成像理论模型的深度标定方法,并与泰勒多项式拟合方法进行对比,证明了其具有较高的稳健性。利用清晰度最大原理,获得原始光场图像的全聚焦图,采用最小特征值角点检测算法对全聚焦图上的颗粒进行定位,结合三维粒子追踪技术,得到颗粒的三维速度。形成了光场PTV的图像处理流程,并对后向台阶流场进行了实测,结果表明光场PTV技术能够较好地测量三维流场。     

OH分子示踪法用于气态流场速度测量

研制了一套单线羟基(OH)分子标记示踪流场速度测量系统,OH分子标记线由193 nm波长脉冲氟化氩(ArF)准分子激光柬解离流场中的水分子产生,利用脉冲染料激光倍频的约282 nm激光片显示OH分子荧光图像,由获得的两个时间关联的OH分子标记线位置图像计算流场的速度分布.研究了空气和火焰中193 nm波长激光解离水产生的OH分子寿命,实现了常温空气流场和高温超音速流场速度分布的测量,并对测量结果进行了分析讨论.     

夫琅和费衍射颗粒粒度测量中的改进Chin-Shifrin反演算法

在基于线阵CCD的夫琅和费衍射颗粒粒度测量中,采用Chin-Shifrin积分变换反演算法使得反演的粒度分布出现假峰现象.为解决此问题,提出在该Chin-Shifrin积分变换反演算法中引入矩形窗函数,并在分析颗粒粒径与衍射光强导数最小值之间关系的基础上,确定矩形窗函数中心点位置及左右边界,利用该矩形窗函数对粒度分布进行截断处理,消除虚假峰,提高反演颗粒粒度分布的准确性.分别对两种标准颗粒进行了测量,并对不同算法的反演结果进行了对比.实验结果表明:引入矩形窗函数的改进Chin-Shifrin算法,能够有效排除粒度分布中的多假峰;粒度分布测量相对误差小于3%,重复性小于4%.     

含冲击波流场干涉图的图像处理方法研究

本文研究了含冲击波流场干涉图的图像处理方法,它包括干涉条纹的快束细化算法,冲击波波阵面的提取算法和时间序列冲击波波阵面的配准算法.根据这些算法,在PC-VISION 100图像处理机上开发了应用软件.实验结果表明,该方法可用于定量计算冲击波的传播速度和压力分布,增加了流场干涉图的用途.     

基于超声衰减谱的纳米颗粒粒度分布测量研究

利用变声程方式测量纳米颗粒悬浮液的超声衰减谱,以McClements模型和BLBL模型为理论基础,采用最优正则化(ORT)算法,反演得到纳米颗粒的粒度分布。运用该方法,对体积浓度1%的纳米二氧化钛-水悬浊液进行测量,与透射电镜(TEM)图像以及离心沉降纳米粒度分析仪检测结果对比,测量结果吻合较好,表明了利用超声衰减谱方法测量纳米颗粒粒度分布的可行性与可靠性。      

基于压缩感知的动态散射成像

利用基于压缩感知的成像系统可以透过静态的散射介质获得高质量的重建图像. 但是当散射介质动态变化时, 因为采样所得的测量值受到散射介质衰减系数非线性变化的影响, 重建图像质量会大大下降. 针对上述情况, 本文提出基于压缩感知成像系统的测量值线性拉伸算法, 该算法能够对所得到的非线性测量值进行分析, 根据测量值大小的不同将测量值划分成数个区域并计算补偿系数, 从而根据补偿系数进行测量值线性拉伸变换, 使测量值线性化. 最后再对变换后的测量值进行压缩感知重建计算. 通过理论分析、计算机仿真和实验证明了所提算法能够有效地应对动态的散射介质, 提高基于压缩感知成像系统在透过动态散射介质时的图像重建质量.     

一种提高超燃流场羟基示踪速度测量中信号提取能力的方法

针对羟基示踪测速技术在超燃流场应用中测量图像受复杂背景干扰严重的问题,提出一种提高信号提取能力的方法.该方法通过三个步骤实现信号提取能力的提升:利用霍夫变换进行信号识别;基于感兴趣区域的大津阈值算法进行图像分割;结合骨架提取和方向模板方法进行标记线提取.在此基础上,结合仿真和实验,验证了该方法可提高超燃复杂背景干扰下的信号提取能力,解决了提取羟基有效信号精度不够的问题.     

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。     

颗粒系的可见消光光谱分析及最佳波长的选择

在光全散射法颗粒粒径测量中,被测颗粒系的消光光谱包含有颗粒粒径、折射率等信息。对常用的单峰及双峰R-R分布的可见消光光谱进行模拟,分析了可见消光光谱随粒径和相对折射率变化的规律。选取二阶微分可见消光光谱不连续点对应的波长作为测量波长,并将可见光边界波长同时作为测量波长,在非独立模式下,采用遗传优化算法反演粒径分布。仿真计算与实验验证结果表明,通过消光光谱分析,可以预先确定被测颗粒系的分布状况,缩小优化算法中反演参数的搜索范围。结合最佳波长选择方法,使测量的精度和可靠性明显提高。对测量光谱加入1%随机噪声时,单峰及多峰分布粒径反演均能得到满意的结果。     

Real‐Time Measurement of the Size Distribution of Diesel Exhaust Particles using a Portable 4‐stage Electrical Low Pressure Impactor

For this study, a 4 stage electrical low pressure impactor was designed to measure the real‐time size distribution of diesel particulate matter (DPM). For the performance evaluation, sodium chloride (NaCl) particles and dioctyl sebacate (DOS) particles were used. After evaluating the collection efficiency of each stage of the impactor, the size distributions of test particles were estimated using electrical current data and their inversion algorithm, and this was found to agree with the results obtained by a scanning mobility particle sizer (SMPS). For measurement of DPM, a common‐rail direct injection (CRDI) diesel engine, for engine speeds of 1,200 rpm and 1,500 rpm at 2.7 kgf·m, was used. Therefore, it was found that the size distribution of the DPM could be easily obtained, with the currents measured by the impactor and the data inversion algorithm, in less than 5 seconds. Furthermore, the effective density of the DPM could be obtained using the calculated results and the SMPS data.     

基于MIE散射理论的粒度分布测量系统研究

粒度测量广泛应用于粉体工程,测量结果直接影响粉体产品优劣。在深入研究MIE散射理论的基础上,提出一种基于改进反演算法的粒度测量系统设计方案,利用激光器、傅里叶透镜、光电传感器采集含有待测微粒信息的电信号,通过调理电路进行处理,应用改进反演算法分析得出粒度值及分布。通过实验验证,效的本文提出的设计方案能实现准确高粒度测量。     

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。     

Study on the Projection Non-mode Algorithm of Laser Particle Size Measurement

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＬａｓｅｒｌｉｇｈｔｓｃａｔｅｒｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＭｉｅｓｃａｔｅｒｉｎｇａｎｄＦｒａｕｎｈｏｆｅｒｄｉｆｒａｃｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ，ｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｏｗｉｎｇｔｏｉｔｓ...     

基于二阶滤波器的消光起伏谱颗粒测量结果

消光起伏频谱法是一种新的测量两相流系统中颗粒粒径分布和浓度的方法,装置简单,操作方便,适合实时、在线测量。采用二阶低通滤波器对起伏的透射率信号分析,得到消光起伏频谱实验数据,并利用改进的Chahine循环方法计算得到颗粒的粒径分布和浓度信息。重点讨论高浓度情况,包括对特征函数频率响应的修正和对其阶高修正两个方面,得到修正参量并运用到反演算法中从而得到正确的测量结果。测量结果表明,通过高浓度修正,消光起伏频谱法可以在很大的颗粒浓度动态范围得到合理的测量结果,其可测颗粒最大体积分数视颗粒的大小而定。     

衍射散射式颗粒粒度测量法的研究新进展

介绍了衍射散射式颗粒粒度测量法的基本光路结构和理论模型,讨论了决定其性能优劣的重要指标--测量下限,对影响测量下限向小粒径范围延伸的参数进行了分析.继而介绍了近年来国内外主要粒度仪品牌在光学结构和散射理论模型方面所做的改进,阐述了它们的工作原理和性能特点.最后对衍射散射式颗粒粒度测量法的发展前景做出了展望,从修正理论模...     

基于后向散射的高浓度纳米颗粒粒度分布测量方法研究

传统的动态光散射法通常采集侧向散射进行纳米颗粒粒度分布的测量,由于多次散射的影响,利用侧向散射不能准确测量高浓度样品的颗粒粒度分布。针对该问题,对后向散射测量方法进行了研究,在实验基础上提出了后向散射最佳光程的判断准则。在不同样品浓度下,用侧向散射和后向散射方法对标称粒径分别为110 nm、220 nm的聚苯乙烯乳胶球颗粒进行了测量。实验结果表明,对于高浓度的待测样品,后向散射测量方法通过自适应调整光程,在最优光程处进行测量,能够有效得到高浓度纳米颗粒的粒径及粒度分布,测量结果相对误差为2.72%。