粒子場(chǎng)軌跡速度的數(shù)字全息測(cè)量方法研究.pdf

1、粒子場(chǎng)測(cè)試與診斷在科研、工程等領(lǐng)域具有重要的意義。粒子場(chǎng)軌跡速度的數(shù)字全息測(cè)量是將粒子場(chǎng)全息圖直接以數(shù)字方式記錄在CCD上,再以數(shù)字方式再現(xiàn),同時(shí)獲得3D粒子場(chǎng)的振幅和相位全部信息,通過對(duì)再現(xiàn)像的分析獲得粒子的尺寸位置信息,結(jié)合PTV技術(shù),利用粒子匹配跟蹤算法,從時(shí)間序列粒子圖像中獲得粒子軌跡,進(jìn)而得到粒子運(yùn)動(dòng)速度,實(shí)現(xiàn)粒子速度分布測(cè)量。本文在對(duì)數(shù)字全息基本理論研究基礎(chǔ)之上,主要研究粒子場(chǎng)軌跡速度的數(shù)字全息測(cè)量方法,并將其應(yīng)用于噴霧場(chǎng)測(cè)

2、量,所做的主要工作如下:
　　 1.對(duì)粒子場(chǎng)數(shù)字全息軌跡速度測(cè)量方法進(jìn)行了理論研究。
　　 2.對(duì)基于Hough變換數(shù)字全息粒子尺寸位置測(cè)量方法進(jìn)行了改進(jìn),提出一種采用頂帽變換濾波和自動(dòng)閾值提取方法,并對(duì)光強(qiáng)判焦和復(fù)振幅判焦準(zhǔn)則進(jìn)行了研究。對(duì)2D粒子場(chǎng)和3D粒子場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬,對(duì)直徑為51.1μm和119.4μm的標(biāo)準(zhǔn)粒子進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),測(cè)量結(jié)果:對(duì)直徑為51.1μm的標(biāo)準(zhǔn)粒子,粒子直徑為52.5μm,相對(duì)誤差5.40％

3、；直徑為119.4μm的標(biāo)準(zhǔn)粒子,粒子直徑為120.48μm,相對(duì)誤差2.30％。對(duì)粒子尺寸位置測(cè)量不確定性進(jìn)行了分析,并對(duì)全息圖信噪比、粒子提取率Ep與粒子場(chǎng)深度L和粒子數(shù)密度ns之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。
　　 3.提出一種基于3幀的粒子跟蹤算法,對(duì)速度測(cè)量的不確定性及粒子識(shí)別率進(jìn)行了分析,給出了在不同粒子數(shù)密度、不同粒子平均速度下,粒子場(chǎng)粒子軌跡提取率,并對(duì)2D粒子場(chǎng)和3D粒子場(chǎng)進(jìn)行了模擬,測(cè)量結(jié)果:對(duì)2D粒子場(chǎng),速度測(cè)量相對(duì)

4、誤差0.17％；對(duì)3D粒子場(chǎng),速度測(cè)量相對(duì)誤差5.6％。研究結(jié)果驗(yàn)證了該方法的可行性。
　　 4.利用CW(連續(xù))激光器和高速CCD數(shù)字記錄動(dòng)態(tài)粒子場(chǎng),利用本文所提出的粒子軌跡速度測(cè)量方法,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)粒子場(chǎng)、柴油噴霧場(chǎng)和乙醇噴霧場(chǎng)軌跡速度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,給出了粒子場(chǎng)2D、3D運(yùn)動(dòng)軌跡矢量圖和速度分布圖,以及在不同噴油脈寬下,沿X方向、Y方向的粒子速度變化曲線圖,實(shí)現(xiàn)了霧場(chǎng)粒子尺寸、軌跡和3D空間的3C速度(3Dt-3C)分布測(cè)量。研