基于灰度統(tǒng)計(jì)判別的粒子圖像速度粒度實(shí)時(shí)同場測量（PIVS）的系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、燃油噴霧特性直接影響著柴油機(jī)的燃燒和排放，研究人員通常希望在測量霧滴尺寸的同時(shí)，獲得霧滴的速度特性，以進(jìn)一步研究燃油的微觀霧化機(jī)理。當(dāng)今的流場測量技術(shù)都無法滿足全場速度、粒度同時(shí)測量的要求。本文開發(fā)了一套能夠直接實(shí)現(xiàn)對全流場的速度、粒度同場實(shí)時(shí)測量的系統(tǒng)——粒子圖像速度粒度場儀 PIVS（Particle Image Velocimertry & Sizer），在此基礎(chǔ)上提出了一種新的粒度測量方法——灰度差分法 GDM（Gray-sca

2、le Difference Method），并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文主要開展了以下幾個(gè)方面的工作： 1. 開發(fā)了 PIVS的成像系統(tǒng)。一種測量方法需要相應(yīng)的硬件系統(tǒng)，基于灰度統(tǒng)計(jì)判別的 PIVS測量方法要求前后兩次激光脈沖的光強(qiáng)或能量有差異。因此，本文開發(fā)了基于聲光調(diào)制的 PIVS成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用連續(xù)激光器，利用聲光調(diào)制器對激光束的外調(diào)制作用，產(chǎn)生不同光強(qiáng)不同頻率的激光脈沖，簡化了激光系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了基于灰度統(tǒng)計(jì)判別的查詢方法；

3、采用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)記錄圖像，省略了圖像采集卡，并嘗試采用 CMOS相機(jī)取代 CCD相機(jī)。光強(qiáng)調(diào)整減小了光強(qiáng)的高斯分布對成像質(zhì)量的不利影響。利用該系統(tǒng)對循環(huán)水槽模擬水渦流開展了測量，并分析了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 2. 提出了灰度差分法測量粒徑，建立了該方法的測量模型，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。粒子圖像的灰度差分法從 Mie散射理論出發(fā)，推導(dǎo)出粒子散射到 CCD攝像機(jī)中的光能數(shù)學(xué)解析式。此解析式包含有粒徑信息，然后利用 PIVS前后兩次曝光的能量差異，得到一

4、個(gè)有灰度差異的粒子圖像對。經(jīng)過圖像處理，一個(gè)粒子的兩個(gè)粒子圖像經(jīng)過差分，可將成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響消除，進(jìn)而得到粒徑信息。統(tǒng)計(jì)一張圖片的粒徑信息，就可以得到流場的粒度及其分布。這種方法不需要反復(fù)的標(biāo)定，而且可以直接得出粒子的粒度信息。在此測量模型的基礎(chǔ)上，利用該方法對循環(huán)水槽模擬水流進(jìn)行了測量，驗(yàn)證了這種測量方法的正確性和可行性，并討論了產(chǎn)生誤差的幾個(gè)因素。 3. 對 PIVS系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。利用所開發(fā)的成像系統(tǒng)和灰度差分判別方法，對循