学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

激光干涉粒子成像测量技术的理论与实验研究

作　者: 陈益亮
导　师: 吕且妮
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光干涉粒子成像测量技术全相位多普勒技术最优化实验测量系统小波匹配傅里叶变换修正Rife方法喷雾场测量
分类号: TH744.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 63次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

粒子场测量在工业、科研等领域具有重要的意义。激光干涉粒子成像技术是一种相对较新的粒子测量技术,它利用粒子散射光的干涉图得到粒子尺寸和位置信息,实现粒子场测量。本文对激光干涉粒子成像测量技术的理论及其在雾场中的应用进行了研究,所做的主要工作如下:1.基于几何光学模型对激光干涉粒子成像测量技术的基本理论进行了研究。2.分析了实验系统参数对可测粒径范围、最大可测粒子场浓度及粒径测量不确定性的影响,给出了设计最优化实验测量系统的方法。3.提出一种基于小波匹配和傅里叶变换技术的干涉图条纹数/条纹间距的提取方法,利用修正Rife方法对频率进行亚象素细分,并进行了计算机模拟。模拟结果:当重叠系数? <11.62%时,算法识别率高于90%,频率提取误差小于0.0185%。研究结果验证了该方法的可行性。4.利用连续半导体激光器和高分辨率CCD搭建激光干涉粒子成像测量实验系统,对直径为51.1?m和119.4?m的标准粒子进行测量。测量结果:粒子直径分别为49.79? 0.41?m和117.89? 1.49?m,相对误差分别为2.56%和1.26%。并应用于乙醇喷雾场和水喷雾场测量,给出了不同测量点处的粒径分布以及沿X方向、Y方向上的SMD变化曲线。实验结果证明了该方法在粒子场测量中的可行性。5.设计一种全相位多普勒测量实验系统,对直径为51.1?m和105?m的标准粒子分别进行点模式测量和条纹模式测量,测量相对误差分别为0.29%和3.81%。研究结果表明了该实验系统的可行性。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 粒子场测量的意义及测量方法  8-9
  1.2 激光干涉成像测量技术的国内外发展现状  9-11
  1.3 课题来源和论文主要工作  11-12
  1.4 小结  12-13
第二章激光干涉成像测量技术的基本原理  13-31
  2.1 激光干涉成像测量基本原理  13-14
  2.2 粒子散射光强分布计算  14-16
  2.3 激光干涉粒子成像(IPI)测量公式  16-20
    2.3.1 m>1  17-19
    2.3.2 m  19-20
  2.4 全相位多普勒测量技术(GPD)  20-22
  2.5 IPI 公式的适用范围  22-29
    2.5.1 散射角的范围  24-28
    2.5.2 Mie 理论与GOM 计算公式的比较  28-29
    2.5.3 多种介质时条纹角间距的修正  29
  2.6 小结  29-31
第三章激光干涉成像测量系统分析  31-52
  3.1 激光干涉成像技术的测量极限  31-40
    3.1.1 成像光路系统  31-32
    3.1.2 粒子干涉条纹图像的尺寸  32-33
    3.1.3 可测粒径范围  33-34
    3.1.4 最大可测粒子密度  34-35
    3.1.5 系统测量分析  35-40
  3.2 激光干涉成像测量不确定性分析  40-50
    3.2.1 转换因子? 的不确定性分析  41-45
    3.2.2 条纹频率F 的不确定性分析  45-46
    3.2.3 校准常数C_(pix/rad)的不确定性分析  46-50
  3.3 设计最优化实验测量系统  50-51
  3.4 小结  51-52
第四章激光干涉图像的处理算法  52-71
  4.1 引言  52-53
  4.2 基于小波匹配的粒子干涉条纹图样定位算法  53-63
    4.2.1 小波变换的基本原理  53-54
    4.2.2 图像边缘增强  54-58
    4.2.3 小波匹配定位算法  58-59
    4.2.4 粒子干涉条纹图像的定位及识别率分析  59-63
  4.3 基于傅立叶变换技术的条纹频率提取算法  63-70
    4.3.1 修正Rife 算法基本原理  64-66
    4.3.2 1D 正弦波频率估计的算法模拟及精确度分析  66-68
    4.3.3 粒子干涉条纹频率提取精确度分析  68-70
  4.4 小结  70-71
第五章喷雾粒子场激光干涉粒子成像测量  71-101
  5.1 标准粒子场测量  71-76
    5.1.1 光路系统搭建  71-73
    5.1.2 实验及结果分析  73-76
  5.2 乙醇喷雾场测量  76-87
    5.2.1 光路系统设置  76-78
    5.2.2 乙醇喷雾场测量及结果分析  78-87
  5.3 水喷雾场测量  87-94
    5.3.1 沿X 轴方向粒子的SMD 粒径分布  89-92
    5.3.2 沿Y 轴方向粒子的SMD 粒径分布  92-94
  5.4 全相位多普勒技术测量实验  94-100
    5.4.1 基于点模式的粒子尺寸测量  97-99
    5.4.2 基于条纹模式的粒子尺寸测量  99-100
  5.5 小结  100-101
第六章总结与展望  101-103
  6.1 论文主要研究成果  101-102
  6.2 工作展望  102-103
参考文献  103-107
发表论文和参加科研情况说明  107-108
致谢  108

激光干涉粒子成像测量技术的理论与实验研究

内容摘要

全文目录

相似论文