基于后向散射法测量蒸汽湿度反演算法的优化

为了精准测量汽轮机末级蒸汽湿度，提出在激光后向异轴角散射法的基础上建立蒸汽湿度测量模型和湿蒸汽参数反演优化模型。根据该优化模型采用粒子群算法对加入高斯白噪声的仿真数据和模拟汽缸的实验数据进行反演寻优，并将得到的反演结果与人工鱼群算法和传统的均匀搜索方法进行了对比。采用粒子群算法时r_0.5、K、N的反演结果误差为0.05、0.66和0.51%，反演时间为306.41 s；采用鱼群算法时r_0.5、K、N的反演结果误差为2.96、19.98和4.68%，反演时间为411.05 s；采用均匀搜索算法时r_0.5、K、N的反演结果误差为5.00、27.14和7.95%，反演时间为246.42 s。结果表明:粒子群算法能够克服人工鱼群算法和均匀搜索方法两者的不足，可以在较短时间内获得精度高且稳定可靠的反演结果，为湿蒸汽参数测量提供了更加准确的数据，并对其他颗粒物参数测量反演提供了理论依据。     

基于六参量偏振BRDF模型的地物背景偏振反射特性研究

为研究地物背景的偏振反射特性,综合考虑了镜面反射、体散射和后向散射,建立了一种六参量偏振双向反射分布函数(pBRDF)模型。该模型利用Kubelka-Munk(KM)理论模拟体散射分量,并引入呈高斯分布的后向散射分量,改进了传统的偏振BRDF模型。建立的六参量偏振BRDF模型更加符合地物背景的偏振反射特性。基于多角度偏振测量原理,获得草地和土壤在不同观测几何下的偏振光谱,分析了偏振反射分布特征,并从实测数据中反演了模型参量,将测量值与仿真值进行了对比。结果表明:所建立的六参量偏振BRDF模型的仿真结果与实测数据之间具有很好的吻合性,证实了该模型的准确性与有效性。     

超低空状态下海面激光后向散射测量与仿真

海面的激光散射特性是制约激光雷达对低空飞行器进行探测与识别的关键因素之一.模拟超低空状态,通过人工造渡池模拟不同海情的海面,采用激光散射测量装置在典型海情下近距离海面获取了激光后向散射数据;采用网格化分割海面,根据Pierson-Moscowitz谱构建了三维时变海面几何模型,利用Torrance-Sparrow模型模拟分析海面的近距离激光后向散射特性.测量和仿真数据表明:实测与仿真结果一致,海面的激光散射受海面几何波形调制;其强度随擦地角增大而增大;由于海面的随机起伏,海面散射极大值存在较大范围波动,并且波动随擦地角减小而增大.     

二维超声应变重建的有限元仿真与组织实验

近几年来,利用超声散射回波测量生物组织弹性系数的超声应变成象方法得到了很大的发展。本文建立了基于有限元分析的二维软组织超声散射模型,并通过这一模型获得了组织在压缩前后的仿真超声散射回波。对模型组织超声散射回波的应变重建实验结果表明,组织在压缩过程中垂直于压缩方向的形变会引入重建应变误差,采用中心部位的扫描线,减小压缩比能减小该误差,提高应变图象的质量。组织实验的结果表明,有限元散射模型能模拟实际组织应变成象的情况,为组织实验提供参考。     

近距云雾回波蒙特卡罗模拟与实验测量

在激光引信中,云雾后向散射会产生引发虚警的回波信号。基于蒙特卡罗法对云雾回波信号进行了模拟仿真,并在云雾室内开展了测量实验,利用测量结果对理论模型进行了验证。研究结果表明:当发射脉冲宽度小于10 ns时,云雾散射回波展宽效应显著,且展宽效应主要是由多次散射产生的;激光回波的实验测量结果与理论计算结果吻合得较好,都近似为高斯波形,且其回波宽度的差别小于6%,回波功率差别小于30%。     

用光学探针测量汽轮机内的蒸汽湿度和水滴直径

本文讨论了利用光的散射原理测量蒸汽湿度和水滴直径的方法,对所研制的光学探针的光学系统和结构作了介绍,并给出了在汽轮机中的实测结果,测量是在西德斯图加特大学热力流体机械研究所的末级蒸汽试验透平和多级蒸汽轮机试验台上进行的。     

基于快速蒙特卡罗的散射介质光学参量干涉测量方法研究

提出了一种散射介质光学参量的干涉测量方法.在蒙特卡罗数值模拟的基础上引入聚焦高斯光源模型和基于比例缩放的压缩算法,实现了对光子后向散射分布和干涉特性的快速模拟.利用计算数据训练了前向人工神经网络进行了介质光学参量的反向求解.实验中以脂肪乳注射剂和生物染色剂印度墨水组成的悬混液为样本,通过光学干涉系统测量得到了后向散射光依赖于深度的干涉光强分布,并对其中散射和吸收系数进行了反向计算.所得结果能够正确反映散射和吸收系数与散射和吸收物质浓度之间的线性关系,验证了该方法的可行性.     

基于快速蒙特卡罗的散射介质光学参量干涉测量方法研究

提出了一种散射介质光学参量的干涉测量方法. 在蒙特卡罗数值模拟的基础上引入聚焦高斯光源模型和基于比例缩放的压缩算法, 实现了对光子后向散射分布和干涉特性的快速模拟. 利用计算数据训练了前向人工神经网络进行了介质光学参量的反向求解. 实验中以脂肪乳注射剂和生物染色剂印度墨水组成的悬混液为样本, 通过光学干涉系统测量得到了后向散射光依赖于深度的干涉光强分布, 并对其中散射和吸收系数进行了反向计算. 所得结果能够正确反映散射和吸收系数与散射和吸收物质浓度之间的线性关系, 验证了该方法的可行性.     

基于文氏改进谱的二维粗糙海面模型及其电磁散射研究

基于文氏改进功率谱和Donelan方向分布的实验结论,结合经典的Monte Carlo法提出了一种适用于不同水深、不同风浪成长阶段的二维粗糙海面模型.在经典的双尺度法计算海面后向散射的基础上,结合小斜率近似法的仿真结果,对电磁散射计算方法进行改进.通过与典型海杂波均值散射系数GIT模型的拟合结果进行对比,验证了文氏改进谱在中国近海海面模拟的适应性与改进后电磁散射计算方法的有效性.     

用光散射法测量饱和蒸汽的湿度

蒸汽湿度和水滴直径的测量如同温度、压力一样是开展湿蒸汽流动研究的重要特征参数。国外的研究大致分成两个阶段:始于60年代的热力学法及70年代发展起来的光散射法。光散射法有全散射和角散射两类。我院研制了一台基于全散射原理的微粒直径和浓(湿)度的测量装置,于86年先对美国产聚苯乙烯标准粒子的粒径进行了验证性测     

基于布里渊散射的结构应力光纤测试技术研究

本文通过分析一定功率的脉冲光射入光纤中的布里渊散射规律,介绍了分布式光纤测量测量轴向应力的基本原理。制作实验装置,测量单独的应变模型,分析散射回来的波形图,初步了解应力在光纤布里渊散射波谱上的图像特征。将应力作用于光纤的不同位置,对比它们与无应力作用诗所得到的散射波形之间的图像差异,研究其对光脉冲在光纤传输过程中的影响规律。结果表明,应力的作用大小,作用位置的不同都会对脉冲光的传播造成影响,主要在于影响布里渊散射的斯托克斯光和反斯托克斯光。本次研究所得可以为分布式光纤测量提供参考,为分布式光纤在测量微型形变的应用中有一定的促进作用。本次研究的创新点在于使用滑轮的方法,解决同等应力在分布光纤的不同位置作用效果。     

液滴微粒直径分布的激光散射法测量

本文利用氦氖激光器为光源在自行设计的光散射实验装置上对球形微粒群进行了粒径平均直径及直径分布的理论研究和测量.实验结果表明,本实验装置具有测量精度高、适用范围广和测量粒径范围宽等特点.     

相干瑞利散射海水水下温度测量技术的理论研究

海水水下温度的快速大范围测量是海洋监测的重要内容,在民用和军事领域都有着至关重要的意义,本文提出了采用相干瑞利散射方法测量海水水下温度的新方法:用宽带高速光电探测器接收本振激光和海水后向瑞利散射光相干产生的差频信号,进行傅里叶变换分析获取海水瑞利散射展宽谱,从而反演海水温度,首先从海水的热力学特性出发,对利用瑞利散射谱测量海水水下温度的基本原理进行了理论研究和软件模拟;然后对采用相干探测测量海水瑞利散射谱的测量方法进行了理论分析和软件模拟;在此基础上对瑞利散射海水水下温度测量精度进行了分析,得出当水体瑞利散射频谱半宽度测量精度为1 MHz时,测温精度约为0.35 K。     

Interaction between the atmospheric boundary layer and a standalone wind turbine in Gansu—Part I: Field measurement

Experiments and numerical simulations of the wake field behind a horizontal-axis wind turbine are carried out to investigate the interaction between the atmospheric boundary layer and a stand-alone wind turbine. The tested wind turbine(33 k W) has a rotor diameter of 14.8 m and hub height of 15.4 m. An anti-icing digital Sonic wind meter, an atmospheric pressure sensor, and a temperature and humidity sensor are installed in the upstream wind measurement mast. Wake velocity is measured by three US CSAT3 ultrasonic anemometers. To reflect the characteristics of the whole flow field, numerical simulations are performed through large eddy simulation(LES) and with the actuator line model. The experimental results show that the axial velocity deficit rate ranges from 32.18% to 63.22% at the three measuring points. Meanwhile, the time-frequency characteristics of the axial velocities at the left and right measuring points are different. Moreover, the average axial and lateral velocity deficit of the right measuring point is greater than that of the left measuring point. The turbulent kinetic energy(TKE) at the middle and right measuring points exhibit a periodic variation, and the vortex sheet-pass frequency is mostly similar to the rotational frequency of the rotor. However, this feature is not obvious for the left measuring point. Meanwhile, the power spectra of the vertical velocity fluctuation show the slope of-1, and those of lateral and axial velocity fluctuations show slopes of-1 and-5/3, respectively.However, the inertial subranges of axial velocity fluctuation at the left, middle, and right measuring points occur at 4, 7, and7 Hz, respectively. The above conclusion fully illustrates the asymmetry of the left and right measuring points. The experimental data and numerical simulation results collectively indicate that the wake is deflected to the right under the influence of lateral force. Therefore, wake asymmetry can be mainly attributed to the lateral force exerted by the wind turbine on the fluid.     

Experimental investigation of a modified Beckmann-Kirchhoff scattering theory for the in-process optical measurement of surface quality

An experimental investigation of a modified Beckmann-Kirchhoff scattering theory applied in an in-process optical measurement of surface quality is described. The proposed theory describes the scattered light intensity distribution from a surface with the additional layers, and can be employed to analyze the surface characteristics in in-process measurement. Based on light scattering principle and machine vision method, the surface roughness is extracted to testify the correction of the modified Beckmann-Kirchhoff scattering theory. The experimental apparatus consists of a collimated laser diode, a beam splitter, a screen, a measuring lens and a camera. Test specimens with different surface roughness are studied. The results obtained demonstrate the feasibility of in-process optical measurement of surface quality using the modified model.     

光散射聚集速率测定中T矩阵方法的应用

聚集速率是评估胶体体系特性及稳定性的关键参数, 静态光散射和动态光散射则是测量聚集速率的两个重要方法. 然而, 用静态光散射和动态光散射测量聚集速率时, 需要知道有关单粒子和双粒子聚集体光散射特性的数据. 为此, 通常需要把动、静两种方法结合, 才能消去这个数据. 以前各种近似理论曾用来解决这个问题, 但因粒子尺寸和形状的限制, 结果并不理想. 而T矩阵方法可以不受粒子大小和形状的限制计算其光散射特性. 本工作用T矩阵方法直接计算静态光散射和动态光散射所必须的粒子散射特性, 并将该法得到的聚集速率与动静态光散射结合法得到的聚集速率进行了比较, 两者结果很接近. 本工作为简化静态光散射和动态光散射测量聚集速率, 扩展其应用范围开辟了新途径. 关键词： T矩阵')" href="#">T矩阵 光散射法 聚集速率     

利用自发布里渊散射测量液体声速

为了克服共振干涉法在液体的热力学声速和高频声速测量方面精度不高的问题, 本文建立了一种基于自发布里渊散射原理的测定液体声速的实验装置. 利用法布里-珀罗干涉仪对散射光进行扫描滤波, 数据采集卡结合光子计数器对散射光进行探测, 设计了一种散射光信息采集分析方法. 该实验方法有效的解决了传统布里渊散射方法中信号失真的问题, 显著地提升了液体声速测量精度. 对308.6–906.2 MHz内298.15 K饱和液相CCl₄声速进行了测量, 测量结果与文献值具有较好一致性. 利用法布里-珀罗干涉仪周期性扫描的滤波原理, 通过在测量得到的布里渊频移上加减整数倍个自由波谱区, 得到了更大频率的波谱信息, 进而设计一种测定介质高频声速的方法. 对CCl₄在5406.1–5521.0 MHz频段内的声速进行了测量. 实验结果显示, CCl₄的热力学声速随频率无明显变化, 而高频声速随频率的增大呈增大趋势且远大于热力学声速, 证实CCl₄具有色散现象.     

完全氧化DZ125的双向反射特性实验研究

作为燃气轮机的核心部件，涡轮叶片长期在上千度的高温下工作，为了保证叶片安全可靠地运行，需要对其温度进行实时的监测。辐射测温是目前涡轮叶片非接触式测温的主流方法，其测温精度与叶片材料反射特性关系密切，如何预测不同方向反射能量的大小，减小反射辐射对测温结果的影响是目前研究的难点。为了预测叶片反射能量大小，提高辐射测温的准确性，对涡轮叶片常见材料——完全氧化DZ125的双向反射分布函数(BRDF)进行研究。采用对比法作为实验测量的方法，先分析了BRDF对比法测量原理及数据处理方法，之后自主搭建了试验台，在温度分别为25, 900和1 100℃,波长分别为1 060, 1 550和1 908 nm的条件下，控制入射天顶角及反射天顶角在0°～60°范围变化，方位角在0°～180°范围变化，测量计算出了多组BRDF值，分析了各种因素对完全氧化DZ125的BRDF的影响。最后采用Modified Phong模型对BRDF测量值进行了拟合，并与实验测量结果进行了对比，得到了较好的结果。研究结果表明，温度、波长对完全氧化DZ125的BRDF影响较小，在涡轮叶片工作的温度范围变化不大，辐射波长变化不大时，...     

基于蒙特卡罗方法的α放射源能谱测量模拟北大核心CSCD

运用蒙特卡罗方法建立PIPS-α谱仪的腔室模型,模拟谱仪对α面源(238Pu)的能谱测量,通过改变放射源与探头之间的距离,模拟不同条件下α粒子的射线能谱,同时,对不同探源距条件对α射线能谱的影响进行分析;另一方面,使用谱仪在不同探源距的情况下进行α能谱实验测量,获得不同条件下α射线能谱;最后,将模拟与实验的结果进行对比,分析实验测量结果与模拟结果的相对误差,并对模拟过程及模型参数进行校正,对校正后的模型进行实验验证,使其能够应用到其他α放射源的能谱测量中,并且使其可用于单能α粒子的能谱研究,研究结果也可为α能谱测量技术提供依据,为α能谱解谱技术提供数据支持。