激光干涉成像粒子尺寸测量实验研究

摘要

粒子场广泛存在于各种工业及研究领域，研究粒子场中的粒子直径及空间分布对生产优化有非常重要的意义。本课题研究了激光干涉成像粒子尺寸测量技术，该技术具有非接触性、测量精度高、速度快等优点，其原理是利用片状激光束照射粒子场，激光与粒子相遇发生散射，CCD相机在侧向记录粒子散射光成像，通过提取粒子图像中的干涉条纹信息来获得粒子的直径和位置信息。本文所做的主要工作如下：
　　 1.基于相位差法和杨氏干涉法对激光干涉成像粒子尺寸测量技术的原理进行了研究，讨论了散射角、入射光波长、收集角和折射率对测量结果的影响。
　　 2.基于连续半导体激光器和CCD相机搭建了激光干涉成像粒子测量系统，分别对直径51.1μm和119.4μm的标准粒子进行了测量实验。采用卷积方法实现粒子定位，从粒子图像傅立叶变换频谱图中提取其干涉条纹信息，代入测量公式求得粒子直径。粒径为51.1μm和119.4μm的标准粒子测量值分别为47.94μm和111.24μm，相对误差分别为6.2％和6.8％。
　　 3.利用激光干涉成像粒子测量系统对水喷雾场的不同区域进行了测量实验，获得了水喷雾场各测量区域处的粒径分布和沿X轴、Y轴方向的SMD变化曲线。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 粒子尺寸测量研究的意义及其测量方法

1.2 激光干涉成像测量技术的发展及现状

1.3 课题主要研究内容

1.4 小结

第二章 激光干涉成像测量技术的基本理论

2.1 激光干涉成像测量技术的光路系统

2.2 激光干涉成像测量公式

2.2.1 相位差法

2.2.2 杨氏干涉法

2.3 影响粒子尺寸测量的因素

2.3.1 散射角

2.3.2 入射光波长

2.3.3 收集角

2.3.4 折射率

2.4 小结

第三章 标准粒子场的测量实验

3.1 标准粒子测量实验系统

3.2 粒子干涉条纹数提取

3.2.1 粒子定位

3.2.2 粒子图像的傅立叶变换

3.3 实验及测量结果

3.4 小结

第四章 水喷雾场的测量实验

4.1 水喷雾场测量实验系统

4.2 水喷雾场的粒径分布

4.2.1 沿X轴方向粒子的粒径分布及SMD

4.2.2 沿Y轴方向粒子的粒径分布及SMD

4.3 小结

第五章 总结与展望

5.1 论文研究成果

5.2 论文研究工作的进一步发展

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢