运动粒子全息测试仪

本文论述了用序列脉冲激光在4F光学系统中测量各种情况下的喷雾粒子大小、分布及运动速度的同轴全息和离轴全息方法。并讨论了仪器的结构原理,特点。文章共分了四个部分: 1)用4F光学系统测量微粒子的基本原理。 2)光学系统结构的特点。 3)红宝石脉冲激光光源。 4)仪器的组成及性能指标。     

微射流粒子场的同轴Fraunhofer全息测试

由于激光全息技术进行物理测试时具有图像直观、信息量大、非接触测量、抗电磁干扰等优点，而受到人们的广泛关注。采用同轴Fraunhofer全息技术记录微射流粒子场的实验装置由激光器、爆轰实验装置、4F传像系统、记录系统、时问同步系统等组成。爆轰实验装置为一可抽真空的爆炸容器，其目的是为了产生一个微射流粒子场，实验研究中在铜飞片上打一些小坑，当冲击波到达时小坑中将能产生微射流；脉冲宽度为10ns的记录用激光器可以将直径为几十微米、运动速度为每秒几千米的微射流粒子场瞬间“冻结”，从而获得清晰的全息图像；通过调节DG535精密数字延迟脉冲发生器输出信号的延迟时间，控制脉冲激光器出光和爆轰实验装置爆炸的时间，从而达到产生运动粒子场和脉冲激光束到达时间的同步。通过同步调节延迟时间，可以获取同一空间不同时刻的粒子场信息。对拍摄的全息图经过线性处理后在连续YAG陪频激光器下再现，将再现获取的信息利用CCD相机储存在计算机上，对图片进行处理可以获取运动粒子场的分布、粒子的大小、粒子的质量等信息。     

空气击穿效应对粒子全息像的影响

 在粒子场全息实验中,研究了4F光学成像系统不抽真空时,其内部实焦点处由于光脉冲能量聚焦引起的空气击穿现象。发现在这种情况下得到的同轴和离轴全息粒子再现像,与实焦点未被击穿时得到的正常全息再现像相比,其强度分布发生了反转。理论分析表明,这种情况是由于实焦点处空气击穿引起的空间滤波效应造成的。研究发现:在离轴粒子场全息实验中,合理调整曝光强度,利用4F系统中的空气击穿效应可以获得高清晰度的全息再现象。     

乙醇喷雾场粒子尺寸和速度的数字全息测量

利用连续波激光器和高速CCD,采用数字同轴全息系统,记录了乙醇喷雾粒子场全息图.对粒子场再现像进行聚焦像合成,自适应滤波、二值化、Roberts边缘提取,Hough变换和亚像素精度计算,得到粒子的直径和位置信息.利用两次曝光记录的两个序列全息图得到粒子位移,进而求得粒子的运动速度,给出了实验结果.研究结果表明,该实验系统可用于内燃机喷雾场测量,且具有光路系统简单、成本低等特点.     

用脉冲激光同轴全息技术测量微射流

 用脉冲激光同轴全息技术建立了全息照相系统和高精度同步时序系统，获得了采用爆轰加载产生高速运动的微射流全息图，并再现出微射流的全息像，得到粒子的大小和分布情况，从图像处理得到粒子尺寸的统计结果表明，最大尺寸在300μm左右，最小尺寸在30μm左右。证明了研制的全息系统和测试技术可以测量高速的微射流场。 .     

用于动态微粒场分析的离轴全息技术

本文描述了采用离轴全息方法测量柴油机动态油喷雾场的实验方法和原理,并讨论了油颗粒的半透明性以及判焦和密度限制等几方面的问题.     

高速微粒子场的全息诊断技术

本文用全息摄影方法,研究了在爆炸过程的某一瞬时,在爆炸产物波阵面上,产物的微粒子场。据估算产物阵面的微粒子以1000米/秒以上的高速度飞散。 着重讨论了全息摄影过程中,允许的微粒子运动速度与其它参数的关系。提出了与B.J.Thampason等搓商的微粒子运动速度计算公式。论述了同轴全息与离轴全息     

高速微粒子场的全息诊断技术

本文用全息摄影方法研究了爆炸产物阵面上微粒子场。据高速摄影测试结果表明,产物阵面微粒子约以5000米/秒的速度飞散。着重讨论了全息摄影允许的微粒子运动速度与其它参数关系的计算公式,同轴全息和离轴全息的特点和适应范围以及如何用空间滤波技术获得高分辨率的微粒子图象。     

用脉冲激光同轴全息技术测量微射流

强冲击载荷下自由表面的粒子喷射现象还没有被清楚认识，很难从理论上给以准确的计算模型，因而从实验测定材料在冲击载荷下自由面面喷射物质的分布和粒子尺寸大小就显得非常重要。测量微粒场的脉冲激光同轴全息技术，具有在纳秒或更在短时间内“固化”运动微粒场、测量精度高、景深长、光路简单和获得的信息量大等优点。这些优势使得脉冲激光同轴全息技术成为研究微喷射场的重要测试手段之一。     

同轴数字全息技术在高速射流粒子测量中的应用

在高压加载下材料表面会产生微物质喷射，传统全息技术已应用在微物质喷射的测量中，获得包含粒子形状和位置信息的再现图像。数字全息技术作为传统全息技术的一种替代手段，直接采用CCD相机接收微喷射粒子的全息图像，再用数字方法重建粒子场，由于其避免了传统全息中干板的湿处理，并且不需要物理再现过程，具有实验过程简单方便、噪声小、实验结果直观、实时处理等优点。文中讨论了采用同轴数字全息技术测量微喷射粒子的实验情况，获得了铝飞片在爆轰加载下的微喷射粒子的数字全息图像和再现图像，给出了粒子的尺寸分布和微喷射粒子的速度。     

动态微粒场双脉冲全息图再现像的分离技术

双脉全息图可应用于动态微粒场中粒子形状、尺寸、密度和速度等分布参数的测定。但由于两个脉冲时刻所拍摄的粒子像只能同时再现,不能判断粒子运动速度的方向,在运动情况较复杂时,粒子的“配对”也很困难。本文提出一种技术,可以分别再现两个脉冲时刻的粒子场图像,从而实现粒子速度方向的判定,同时减小了配对困难。     

多通道瞬态全息粒子场测量

采用光学多通道方法进行粒子场的全息拍摄,可以有效地减小相干噪音的干扰,同时极大地提高了对粒子场的层析能力,对于粒子大小为100μm下的粒了场层析能力能达到1mm。前后粒子之中可以互不干扰,便于准确地测量粒子的大小、运动方向和速度等。文中进行了理论分析和实验,结果较好。     

Intensification of cooling by a pulsed gas-droplet flow: Equipment,parameters, and results

A bench for studying heat exchange between a pulsed spray and a surface heated to a temperature below the boiling point is designed. A calorimeter to measure the integral heat exchange accurate to 1.5–3.0% and equipment generating the pulse spray are described. The main parameters of the forming gas-drop-let flow (the gas and liquid velocities, the variation of the hydropulse duration and the size of flow-constituting droplets when moving toward a heat exchanger, and the liquid concentration distribution over the cross section and along the flow) and respective measuring techniques are given. It is shown that the duration of a droplet train in the flow influences heat-and-mass transfer.     

高速数字全息测量乙醇喷雾火焰中液滴三维位置、粒径及蒸发率

喷雾蒸发燃烧的研究对指导发动机燃烧系统设计具有重要意义。本文搭建了高速数字全息系统,在线测量乙醇喷雾火焰中液滴的粒径、三维位置、速度及蒸发率。对喷雾火焰中的液滴进行了统计分析,得到液滴粒径及三维空间分布。燃烧喷雾场液滴的平均粒径为68μm;非燃烧火焰测试区液滴数量多且较密集,燃烧火焰测试区液滴数量少且稀疏.追踪单液滴并处理得到湍流火焰中液滴的运动轨迹及速度。通过研究粒径的平方D2随停留时间ts的变化,测得液滴平均蒸发率为-3.343×10-7 m2/s.     

基于时域多普勒修正的运动声全息识别方法

由于运动声源测量信号中多普勒效应的存在,一般声全息方法无法直接使用,而阵列信号波束成形处理方法无法进行定量分析.本方法建立了基于测量面、辐射面和全息面的运动学几何关系,提出了声源与测量信号之间的非线性时间映射方法,基于运动声源的声源特征函数,构造了消除多普勒效应的全息面时域声压分布.全息重建得到运动声源表面有效声压分布,实现了对主要声源处声压幅值的定量估计.实际运动声源的测量实验结果证明了该方法的有效性.     

雾化场光学全息与数字全息联合测量

针对雾化场光学全息测量存在干板湿化学处理繁琐、再现像采集耗时的问题,提出光学全息与数字全息联合测量的方法,建立由同轴光学全息、同轴数字全息以及数字延迟信号发生器组成的测量系统,并以双孔直射式喷嘴产生的雾化场为测量对象,利用该测量系统在一次测量中同时获得雾化场的光学全息和数字全息的再现图像,两者具有很好的一致性。光学和数字再现图像相对应的视场范围分别为27.87 mm4.77 mm和27.59 mm6.67 mm,数字方式获得视场范围内单一层面再现像的时间仅为8 s,而光学方式将近1 h。结果表明,光学全息与数字全息联合测量时,通过数字全息的雾化再现图像能够对实验总体效果进行实时评估,提高了雾化场全息测量的实验效率。