尾流气泡参数测量系统的光学设计

针对尾流气泡成像存在的难点,采用片光源切片扫描与高速摄影相结合的技术手段,研制了一套尾流气泡参数测量系统。该系统采用片光照明,避免了尾流区气泡图像层叠;设计了三组倍率可切换镜头,实现了对粒径是大动态范围的小气泡的成像;将镜头分裂成前后组,以平行光中继,通过片光与前镜组的同步移动,可实现尾流区一定体积内气泡图像的采样,同时还能保证扫描过程中始终成像清晰。还讨论了前组镜头移动对成像质量的影响、片光源厚度选择以及系统畸变校正等问题。设计结果表明,系统成像效果良好,满足项目技术要求。     

用于尾流探测的新型片光源

尾流气泡幕图像的像质取决于水下光电探测系统的效率,而光源是影响整个成像系统品质的重要原因。针对这个问题设计了适用于实际水下复杂工作环境的新型激光片光源系统,分析和验证了该片光源的能量利用率及可行性。试验结果表明,该片光源系统解决了成像系统照明问题的同时,避免了在光学系统景深范围内太多的图像层叠。在实验室条件下可以获得较清晰的图像,为后续的气泡幕物理参数的精确获取创造了重要的条件。这种光源的独特优势使其在水下小视场光学系统中得到很好的应用。     

尾流气泡幕的光后向散射幅度谱特性分析

在实验的基础上提出了一种用激光后向散射信号的幅度谱进行探测和识别气泡的新途径。通过对后向散射光信号的幅度谱分析,根据静水与气泡幕的散射信号谱线的不同,可较好地识别气泡,对气泡后向散射较弱的信号该方法也同样适用。     

舰船尾流中脏气泡光的散射特性

阐述了舰船尾流气泡的分布特性和气泡数密度的衰减特性．基于Mie散射理论。计算和分析了干净气泡和脏气泡光的背向散射特性，群体干净气泡和脏气泡光的背向散射特性．     

利用光学摄影术研究尾流气泡规律进展

舰船尾流中气泡对尾流特性的研究起着重要的作用.尾流中气泡的形状、大小以及数密度分布都是探测尾流的基础.用光学摄影方法研究尾流气泡具有直观、简便的特点.文章综述了自1979年以来各种研究气泡尾流的光学摄影方法,并对未来的研究重点提出了一些建议.     

舰船远程尾流气泡群的前向光散射特性研究

利用Mie理论计算了舰船尾流气泡群的归一化体散射函数和散射能量分布函数,分析了尾流气泡群的前向光散射特性。计算和分析结果表明,气泡群的前向散射光强度远大于后向散射,前向散射能量占总散射能量的90%以上;散射能量分布函数在小于1°的前向小角度散射角范围内迅速增加到40%以上,然后随散射角的增加缓慢增加;气泡表面附着的有机膜会显著地增强气泡群的后向散射,但对前向散射的影响不大。     

舰船气泡尾流激光雷达的关键技术

针对舰船气泡尾流激光雷达研发中的三项关键技术———复合散射理论研究、激光断层和偏振检测技术、后向散射抑制技术展开综述,总结了相关领域研究成果并提出新的技术方案。对复杂海洋环境下的激光复合散射理论进行了系统的分析,有针对性地给出了相关研究方法及研究关键点。提出利用激光断层和偏振检测技术对舰船尾流进行检测的新方法。基于Monte Carlo模型分析了尾流激光雷达近场后向散射光的大动态衰减规律,提出一种新的基于雪崩光电二极管的大动态范围信号接收技术。在国内首次成功研发尾流激光雷达样机并首次获得大量详实的海试数据。海试结果表明,该样机对8节航行下的千吨级民用船舶尾流探测距离大于3.7 km。     

舰船尾流气泡后向光散射特性研究

对水中气泡后向光散射特性进行了初步的定性研究。实验结果表明,由于气泡的存在,水的后向光散射特性有了明显的改善。水中气泡后向光散射强度与探测器类型、气泡距离以及气泡密度等因素有密切关系。采取一定的措施,尾流气泡后向光散射信号是可以探测到的。     

舰船尾流中脏气泡光的散射特性

阐述了舰船尾流气泡的分布特性和气泡数密度的衰减特性。基于Mie散射理论,计算和分析了干净 气泡和脏气泡光的背向散射特性,群体干净气泡和脏气泡光的背向散射特性.     

基于片光源照明成像的水中群气泡特性测量

研究了舰船尾流分布特性规律,分析了图像法测量舰船尾流气泡参数的难点,提出了片光源照明、高速摄影技术结合的尾流气泡群测量方法.采用空气泵产生压缩空气,并通过微孔陶瓷管释放的方法建立了水中气泡产生及控制平台,系统通过调节空压泵气压,产生不同大小、密度、运动速度的气泡源,并采用片光源、短曝光时间（最小曝光时间为14μs）高速相机对不同气泡源进行了测量分析.结果表明：采用片光源照明、CCD照相技术可对气泡群进行清晰成像,空压泵压力的调节可获取不同尺寸、密度、运动速度的气泡源.