数字全息粒子图像测速技术应用于旋转流场测量的研究

将数字全息粒子图像测速(DHPIV)技术应用于旋转流场的三维空间速度测量当中。提出了一种新的焦平面定位方法,即综合灰度梯度法,对数字全息中粒子的焦平面进行精确定位,获得了粒子的空间坐标。针对数字全息粒子图像测速技术中的粒子匹配问题,采取三维互相关算法对流场中的示踪粒子进行空间匹配。将基于综合灰度梯度法和三维互相关算法的数字粒子图像测速技术运用到旋转流场全息图中,获得了局部的三维可视化速度场,与理论模型吻合很好。结果表明,该技术能够很好地应用于旋转流场的测量研究当中。     

一种新的激光灰度图像标记方法研究

为了降低激光灰度图像标记实现复杂度,并获得较快的标记速度和较好的标记质量,采用图像处理中的位平面概念对标记图像进行分层,并用不同的激光能量对图像进行分层标记。通过激光能量的多次叠加得到灰度标记图像。采用该方法在振镜式激光标记机上进行了大量验证实验。结果表明,与传统的激光灰度图像标记方法相比,提出的新方法大大地降低了高质量灰度图像标记的实现难度,同时又保证了标记速度和标记质量。该方法亦可用于彩色图像标记中,对提高激光图像标记水平有重要意义。     

基于灰度统计的粒子图像速度粒度实时测量新技术

本文提出了一种基于灰度统计判别原理,可以对粒子图像实现速度和粒径实时同时测量的新技术--粒子图像速度粒度场仪.粒子图像速度粒度场仪通过灰度判别解决了DPIV粒子图像中方向二义性问题,简化了DPIV系统,利用图像处理技术实现了对粒子图像粒径的同时测量.以DPIV粒子图像为研究对象,结合图像处理技术,开发了相应的查询算法,实现了速度粒度的同场测量,并利用模拟粒子图像对查询算法进行了分析检验.通过算法检验表明,速度粒度同场测量算法能够很好地处理各种模拟粒子图像,满足未来实际应用对计算精度及测量时间的要求.     

基于图像的激光熔覆粉末粒子运动行为分析

为研究送粉参量(送粉量和送粉气流量)变化对激光熔覆过程同轴载气粉末粒子运动行为的影响,建立了数字粒子图像测速试验装置,开发了图像处理软件,得到了不同送粉参量精确的速度场云图以及z轴方向(垂直方向)浓度分布情况.结果表明,在送粉量一定的情况下,随送粉气流量的增加,粉末粒子的初始速度呈线性增大,并使z轴方向速度的增加值加大,而对粉末流浓度影响较小.在气流量一定的情况下,送粉量与粒子速度在一定范围内有一定比例关系,超出送粉量0.33g/s～0.83g/s范围,其影响将减弱.由于粉嘴结构的原因,沿出粉方向存在粉末发散汇聚再发散的变化.汇聚的实现与气体流量关系较大.     

基于图像的激光熔覆粉末粒子运动行为分析

为研究送粉参量(送粉量和送粉气流量)变化对激光熔覆过程同轴载气粉末粒子运动行为的影响,建立了数字粒子图像测速试验装置,开发了图像处理软件,得到了不同送粉参量精确的速度场云图以及z轴方向(垂直方向)浓度分布情况。结果表明,在送粉量一定的情况下,随送粉气流量的增加,粉末粒子的初始速度呈线性增大,并使z轴方向速度的增加值加大,而对粉末流浓度影响较小。在气流量一定的情况下,送粉量与粒子速度在一定范围内有一定比例关系,超出送粉量0.33g/s～0.83g/s范围,其影响将减弱。由于粉嘴结构的原因,沿出粉方向存在粉末发散汇聚再发散的变化。汇聚的实现与气体流量关系较大。     

激光近前向散射粒子图像测速技术(PIV)及其在射流研究中的应用

提出了一种利用粒子近前向散射光的PIV技术,可对两维流场的瞬态流速分布进行测量,且散射光强可大为提高和测量结果不受成像系统景深的限制。对两种PIV技术进行了实验比较。     

飞秒激光烧蚀光斑图像的周期灰度变化分析

在不同的飞秒激光烧蚀功率下,由于核心烧蚀区被烧蚀掉的材料体积不同,使得衍生的等离子体发光强度也不同.因此,有必要研究序列烧蚀光斑图像灰度变化与烧蚀工艺之间的关系.首先,连续采集2400帧光斑图像,获得光斑图像的灰度周期变化曲线,并对曲线进行小波去噪处理;其次,分析光斑图像周期性灰度变化曲线与烧蚀加工周期间的关系;再次分...     

多波长数字粒子图像测速技术研究

数字粒子图像测速(DPIV)研究中,应用最为广泛的缩短两幅粒子图像之间时间间隔的方法是跨帧技术,这一技术的发展会受到高速相机技术的限制。本文提出了一种新的缩短两幅粒子图像之间时间间隔的多波长激光脉冲照明与多光谱成像技术,利用多个不同波长的脉冲激光照明流场中的同一区域,由多波长成像系统采集不同波长照明下的流场中的粒子图像,不同波长的粒子图像之间的时间间隔只与光脉冲之间的时间间隔有关,不再受相机帧转移时间的限制。根据这一原理设计并搭建了一套双光谱数字粒子图像测速系统,将不同时刻粒子图像之间的时间间隔缩短至50ns。     

粒子图像测速中的可调数字脉冲同步器的设计

粒子图象测速PIV（Particle image velocimetry)技术是一种新型的流场测试技术,既能测得流场速度的大小,又可获得速度的方向。本文通过对PIV技术的物理模型的讨论和根据高流速流场的测量的需要,提出并设计了实时可调数字脉冲同步器,实现跨场技术,并应用到实际流场的流速测量中,取得了较好的效果。     

基于细胞分裂的粒子图像运动分析

针对粒子追踪技术中的粒子误对应问题与粒子相关法对粒子区域平均化处理所带来的误差问题,制定了用于粒子图像测速的细胞分裂准则,并提出了基于细胞分裂的粒子追踪匹配算法模型:将兴趣区域作为细胞体并以细胞体内单点匹配相关程度与粒子的近邻程度作为判断准则对分析窗口内的点进行分裂;分裂形成的子团之间进行竞争并将优胜团代表本分析区域参与其他区域优胜团的竞争;根据优胜团先后位置变化得到矢量位移场.最后,使用人工合成的粒子图进行了算法验证及误差分析.结果表明:所提算法在分析精度方面有了较大的提高.     

一种激光粒子图像速度粒度实时同场测量技术查询系统的开发

本文开发了一个新型的粒子图像速度粒度场仪(PIVS)查询系统,提出了一条新的PIVS配对前预处理思路。该查询系统以DPIV粒子图像为处理对象,结合图像处理技术,采用灰度频数统计法及灰度差分法分别获取速度和粒径信息,实现了速度粒度的同场测量,并利用模拟粒子图像对基于灰度差分法查询算法进行了图像检验。检验结果表明,该查询算法能很好的处理各种模拟图像,并且有很高的计算精度及良好的运算效率。     

2DPIV技术在激光辐照液体贮箱中的应用

日常应用及工程测绘中经常需要扫描采集大幅平面图像, 针对普通的图像扫描仪或者数码相机等图像采集设备很难满足要求或者无法实现的问题, 系统地介绍了一种基于WiFi无线传输的平面图像数据采集技术, 该系统主要由图像采集处理、WiFi传输、接收端图像拼接三部分构成, 利用多种传感器的数据融合实现了上述功能, 可以很好地解决大幅图像采集、拼接显示等问题。该系统构造简单, 应用范围广, 传输可靠, 适合于需要进行无线图像采集的多种场合应用。     

2DPIV技术在激光辐照液体贮箱中的应用

实验研究激光对液体贮箱的辐照效应时,需测量贮箱内液体的流动状态.当壳体温度不超过液体的饱和温度时,贮箱内液体为自然对流形态.利用粒子图像测速(PIV)技术,搭建了二维数字PIV系统,实现了液体平面内的速度场测量.采用粒径1～5 μm、密度1.05 g/cm3的空心玻璃微珠微粒做为示踪粒子;利用532 nm连续波激光器和三个平凸柱透镜构建了片光系统;采用装有微透镜阵列的CCD相机记录粒子图像;利用互相关算法处理粒子图像计算速度场.将此技术应用于激光辐照液体贮箱实验之中,实验结果与数值计算结果相符较好.     

基于声光调制的粒子图像速度粒度场成像系统开发

本文开发了一套基于声光调制的粒子图像速度粒度场仪成像系统,其中包括双脉冲激光系统和光强调整两部分.该系统选用连续激光器,利用声光调制器对激光束的外调制作用,产生不同光强不同频率的激光脉冲,简化了激光系统,实现了基于灰度统计判别的查询方法;采用数字摄像机记录图像,省略了图像采集卡.光强调整减小了光强的高斯分布对成像质量的不利影响.采用像增强技术,使小功率激光器能够达到与大功率激光器相同的效果,降低了激光器功率的要求.利用该系统对循环水槽模拟水涡流开展了测量,并分析了相应的试验结果.     

激光粒度仪方孔标准粒子板的修正系数

通过对球体颗粒衍射模型和方孔衍射的理论分析,讨论了用方孔标准粒子板代替圆孔标准粒板所带来的修正系数,并给出一实例。这种方法可大大降低标准粒子板制作成本。     

三维分布的颗粒群激光粒度分析

本文对三维分布颗粒群的激光粒度分析中的重衍射作了较为详细的理论分析,提出了最佳衍射浓度的概念。对水泥气固两相流的测试结果证实了理论的正确性。为提高三维分布颗粒群的激光粒度分析精度;抑制重衍射噪声;提供了理论依据和一种行之有效的方法。     

激光多普勒测速参数估计的Cramer-Rao下限

针对固体运动目标高速度、高加速度的特点,研究了高斯白噪声背景下激光多普勒测速同波信号的参数估计问题.通过计算参数矢量的费希尔(Fisher)信息矩阵,分析了实同波信号的多普勒频率和频率变化率估计方差的克拉末-雷奥(Cramer-Rao)下限(CRLB),推导了采样点数较大时同波信号参数方差估计的CRLB计算公式,讨论了各参数的最大似然估计(MLE).指出同波信号参数估计方差的CRLB与采样点数、信噪比及初相有关,采样点数较大时,实信号参数估计方差的CRLB为对应复信号的2倍.在不同的采样点数和信噪比下仿真表明,提高回波信号的信噪比和增加采样点数可以减小各参数估计方差的CRLB,结果与理论分析吻合.     

半导体激光器在激光粒度测试仪中的应用

以波长635nm,输出功率5mW的单模半导体激光器作为光源,应用于以衍射理论为基础的激光粒度仪,实现了仪器的小型化、便携式和在线测量。讨论了半导体激光器的特性,粒度测试技术中存在的问题及其解决方案,并通过对比试验论证了这一方法的优越性。