粒子场的聚焦两点像测量方法研究

摘要

粒子场测量在科研、工程等领域具有重要的意义。干涉粒子测量(IPI)技术是一种相对较新的粒子尺寸测量技术,粒子散射光在离焦面上形成条纹像,在聚焦面上形成两点像,通过测量干涉条纹图的条纹频率或聚焦两点像之间的间距得到粒子尺寸大小。结合PTV/PIV技术,即可实现粒子速度测量,其测量精度依赖于图像技术。本文对IPI测量技术的基本理论及聚焦两点像图像处理方法进行了研究,所做的主要工作如下:
　　1.对双光束照射的IPI测量基本原理进行了研究,分析了实验系统参数对可测粒径范围和测量精度的影响。
　　2.提出一种基于模板匹配的粒子聚焦像中心定位算法,对不同直径不同粒子数密度的粒子场进行模拟,并对两点像间距提取误差进行了分析。
　　3.分析了粒子条纹图定位、频率提取与重叠系数关系。
　　4.搭建了双光束照射的 IPI测量实验系统,分别对15.3μm、25.0μm和45.0μm标准粒子进行了测量。测量结果:对条纹模式,粒子直径分别为17.2±1.1μm、26.2±0.7μm、44.1±0.9μm,相对误差分别为12.4％、4.8%、2.0%。对点模式,粒子直径分别为17.3±0.5μm、26.3±0.6μm、46.0±0.6μm,相对误差分别为13.1%、5.2%、2.2%。
　　5.结合PTV技术,对15.3μm的标准粒子,基于条纹模式和点模式进行速度测量,给出了粒子2D运动速度矢量图。

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第一章 绪论

1.1粒子场的测量意义

1.2干涉粒子成像测量(IPI)技术的国内外发展状况

1.3课题来源及论文的主要工作

1.4小结

第二章 干涉粒子成像测量原理与测量系统分析

2.1粒子散射光强分布计算

2.2 IPI成像基本原理

2.3双光束照射IPI测量系统分析

2.4粒子速度测量基本原理

2.5小结

第三章 粒子离焦像与聚焦像图像处理算法

3.1引言

3.2粒子离焦像处理算法

3.3粒子聚焦像处理算法

3.4粒子速度测量

3.5小结

第四章 标准粒子尺寸与速度测量

4.1双光路IPI实验光路系统搭建

4.2标准粒子场测量

4.3小结

第五章 总结与展望

5.1论文研究成果

5.2研究工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢