水洞流场PIV显示与分析系统离轴测试校正

粒子图像测速技术(PIV)通过测量被测流场截面上每一位置点的速度,获得整个被测流场的信息.在PIV一般应用中所使用的照明激光片光与成像CCD装置的拍摄方向是垂直的,在某些应用场合受测试条件的限制,需要采用离轴方式进行测量,此时CCD成像方向与照明的激光片光不垂直,而是有一定夹角.离轴测试方式将对PIV系统的光学成像系统、示踪粒子选择和粒子图像处理带来影响.实验采用Scheimpflug离轴聚焦的方法对表面镀银高反射率的示踪粒子进行成像,通过调整成像透镜与CCD像面的夹角可获得清晰的粒子成像,并利用网格校正板和软件计算处理等方法有效校正了由于离轴测试带来的影响.     

干涉测量的误差分析与并联机床的准确度测量

对雷尼绍激光干涉仪的线性测量原理进行了详细探讨,分析了干涉仪在线性测量中的主要影响因素和误差诱因;作出了线性测量的准直误差特性曲线和阿贝误差特性曲面,并利用最小二乘法拟合得到了干涉仪准直测量误差的数学模型和沿u、v方向离散的阿贝误差特性曲线方程;给出了一种建立误差数学模型的方法.采用激光干涉仪检测了并联数控机床直线轴的运动准确度,并提出了一种适合于并联机床直线轴定位准确度测量的干涉测量方法.     

PIV水下流场测试系统试验研究

基于粒子图像测速技术,设计研制了一套适用于水洞洞体内高速、封闭试验条件的流场测量与显示设备.该系统由光源、成像、图像处理与分析、控制和粒子投放等分系统组成,具有复杂环境下全流场的无接触、无扰动、高准确度测量和显示能力,流场测试误差小于2%,可为水下航行器外形设计及其改进提供相关的实测数据.     

镜像互换法在PIV近壁测量中的应用

较强的速度梯度大大限制了粒子图像测速技术(PIV)在近壁区域的测量精度。随着图像变形重采样技术的发展与推广,多重网格迭代变形算法(WIDIM)以及Interface-PIV的提出显著改善了这一问题,但其测量精度仍有进一步提高的空间。针对这一问题,本文发展了一种粒子图像预处理方法——镜像互换法,通过构造以壁面为基础的反对称流场,既能满足流场无滑移边界条件,同时又可维持正确的近壁面法向速度梯度,从而可以进一步提高无滑移壁面附近的速度测量精度与空间分辨率。与其他同类方法的对比结果表明,该方法大大降低了近壁速度的测量误差以及该区域的速度不确定度,并在压气机叶栅测量中得到了应用。     

水下双目立体测量系统的建模与误差分析

提出了一种新的基于双目视觉的水下成像模型。在摄像机理想针孔成像模型的基础上,考虑平面防水罩厚度对光线经水、防水罩、空气发生两次折射的影响,建立了摄像机在水下环境中物体的三维重建模型。针对此模型,分析了双目测量系统结构参数以及被测物点位置对测量精度的影响,对进一步优化系统结构设计和提升系统测量精度具有一定的实际指导意义。     

拉曼激发激光诱导电子荧光流场测量系统中标记过程的研究

研制了一套拉曼激光发激光诱导电子荧光空气流场测速系统,利用Nd:YAG激光器的二次谐波及其抽运的氧气受激拉曼散射作为标记光源,以ArF准分子激光作为荧光再现光源,并用像增强CCD摄像机（ICCD）记录荧光图像,成功地获得了纯氧及空气中的标记线的荧光图像,并进行了氧气喷流速度测量的初步研究。     

粒子像衍射晕与PIV系统的工作条件

讨论了粒子像的衍射晕分布并进行了计算机模拟,得出一个结论：当照相机相干传递函数的通带半宽度大于１．６倍粒子夫朗和费零级衍射环半径时,粒子像的自相关函数与照相机孔径无关,且粒子像有较尖锐的自相关峰和较小的衍射晕。这是ＰＩＶ系统的最佳工作条件。     

CCD电视系统实时位置测量的误差分析

本文就CCD电视摄像机对运动物体目标瞬时位置测量精度的几个问题进行讨论。文章首先分析了由于CCD成象器件结构特征和电子热噪音对目标位置测量精度的影响,给出位置测量误差与电视测量系统量化等级的关系,提出在保证一定测量精度下量化等级的选择原则。文章还分析了用普通电视摄象机组成的电视经纬仪测量运动目标位置的局限性,提出为获得较高的测量精度,选用高帧频电视摄象机的必要性。     

PIV技术在气体界面不稳定性实验研究中的应用

采用粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术,以乙二醇烟雾作为示踪粒子,实验测量了平面激波作用下SF6气柱-空气界面Richtmyer-Meshkov不稳定性演化图像和二维速度场.测量结果揭示了不稳定性流场的典型特征和细微结构,与高速摄影和数值模拟结果符合,说明建立的PIV技术适...     

纳秒脉冲等离子体合成射流激励器的流场特性分析

采用一台高重频、快上升沿纳秒脉冲电源作为激励源,对典型的双电极合成射流激励器进行放电,通过粒子图像测速法（particle image velocimetry,PIV）测量放电实验中激励器稳定流场特性以及发展速度.分析实验结果发现,随着重复频率的提高,合成射流的平均发展速度也随之增大,1 kHz时的平均速度最高达到28.28 m/s,并在单脉冲能量远低于微秒脉冲的情况下,实现了更快的稳态流场控制,表明高重复频率下,更多次数的脉冲放电可提高激励总能量,有效地弥补纳秒脉冲单脉冲输出能量不足的缺点.而且频率越高,流场发展速度越快,说明高重频工作模式会对输出总能量有补偿作用.      

透反射率自动化测量系统的原理及测量误差分析

介绍了透反射率自动化测量系统的测量原理及测量过程,分析了测量过程中的入射角定位误差、同轴误差、硅光电池光敏面的非均匀误差、硅光电池的非线性误差、前置放大器转换误差、数据采集卡的采集误差等系统误差以及各种随机误差,并提出了相应的解决方案,为高精度透反射率自动化测量系统的研制提供了理论基础。     

放气系统流场的光学干涉测量

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信息。采用光干涉方法对放气系统流场的气压变化进行了测量。在加压法测量空气折射率的迈克尔逊双光束干涉实验装置中,引入特制激光功率计和孔状光阑,记录在自由放气过程中等倾条纹中心强度变化与时间的关系曲线,通过折射率与压强和质量流之间的对应关系,进行流场流速的无干扰、非接触的瞬时测量。实验证明这种测量方法响应度好,准确度高。     

红外波片相位延迟的测试方法及精度分析

通过全面分析光强随波片方位角的变化从中优化出可适用于红外波段的确定波片延迟的方法。此方法只需读取输出光强的最大值和最小值,通过简单运算得到所测波片的相位延迟。以此为理论基础,建立了一套红外波片检测系统,此系统使用元件的数量较少,操作简单,重复性好,易于得到较高的测试精度。此外,从系统光源、光学元件到接收器件等组成部分分析了整个系统中各种误差源对测试精度的影响。结果表明,该系统的检测精度与波片延迟有关,并给出其关系曲线,由该曲线可知,当所测波片的延迟大于40ο时,该系统的仪器相对误差在1%之内,对于常用1/4和1/2波片,仪器相对误差分别为0.2%和0.01%。该检测系统的测试精度在可见和近红外波段基本保持不变。     

燃烧流场线CARS测温技术研究

常规CARS采用凸透镜聚焦多束激光于空间一点,在满足相位匹配条件下产生携带该点温度信息的CARS信号。常规CARS一次只能测量一个空间点的温度,难以满足燃烧流场深入研究需要。为了提高CARS测量能力,使得CARS在一次测量中获得更多信息,提出了线CARS测量方法。线CARS测量方法在常规CARS基础上采用柱面凸透镜替换普通凸透镜,使得聚焦位置由焦点变为焦线。由于焦线上的点大部分满足相位匹配关系,因此可以同时获得多点CARS信号。后续光路同样采用柱面凸透镜替换普通凸透镜,通过光谱仪和ICCD相机将CARS信号传输至计算机,解析出聚焦线上CARS信号对应的温度信息,实现CARS测量能力由“点”到“线”的提升。基于平面火焰炉的燃烧实验结果表明：线CARS可以一次有效测量200个空间点的温度信息,空间测量长度约3.6 mm,空间分辨率约18 μm,测量结果相对不确定度优于7%,在保持测量精度的同时有效丰富了单次测量信息。     

基于PIV评价的光瞳超分辨理论与技术

随着成像探测技术的发展，对光学系统的分辨能力提出了更高的要求，用传统的光学理论需增大光学系统口径才能满足要求，在对尺寸，重量和价格有限制的实际系统中往往很难实现。基于瑞利判据作为ＰＩＶ指标的光瞳超分辨技术，可以在不增加光学系统口径的条件下提高系统分辨率，由于本技术可以用光瞳滤波器的形式以硬件实现，成像探测过程不必增加额外的工作时间，在理论分析的基础上，设计了实际的超分辨光瞳，并给出了计算机模拟和实     

气固两相槽道湍流拟序结构变动的PIV测量

运用粒子成像测速仪(PIV)对壁面雷诺数为Re_τ=430、质量载荷为0.25×10~(-3)～5×10~(-3)的110μm聚乙烯颗粒加入前后的水平槽道湍流变动进行了研究。实验结果表明低载荷下气相湍流变动源于颗粒对湍流拟序结构的作用。颗粒的存在抑制了湍流拟序结构的发展,使得湍流准流向结构长度减小、猝发频率降低、猝发强度减弱;另外,颗粒尾涡脱落还导致了壁面附近的气相剪切雷诺应力增强。     

Turbidimetric and Nephelometric Flow Analysis: Concepts and Applications

A review on flow analysis with turbidimetric and nephelometric detection is presented. A brief discussion of the principles of turbidimetry and nephelometry is given. Particular emphasis is devoted to coupling different flow techniques (flow injection, sequential injection, multicommutation) to these detection techniques. Applications in environmental, pharmaceutical, biological, and food samples are summarized and compared in terms of application range, flow configuration, repeatability, and sampling rate.