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

1、燃油噴霧特性直接影響著柴油機的燃燒和排放，研究人員通常希望在測量霧滴尺寸的同時，獲得霧滴的速度特性，以進一步研究燃油的微觀霧化機理。當今的流場測量技術都無法滿足全場速度、粒度同時測量的要求。本文開發(fā)了一套能夠直接實現(xiàn)對全流場的速度、粒度同場實時測量的系統(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），并進行了實驗驗證。本文主要開展了以下幾個方面的工作： 1. 開發(fā)了 PIVS的成像系統(tǒng)。一種測量方法需要相應的硬件系統(tǒng)，基于灰度統(tǒng)計判別的 PIVS測量方法要求前后兩次激光脈沖的光強或能量有差異。因此，本文開發(fā)了基于聲光調制的 PIVS成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用連續(xù)激光器，利用聲光調制器對激光束的外調制作用，產(chǎn)生不同光強不同頻率的激光脈沖，簡化了激光系統(tǒng)，在此基礎上實現(xiàn)了基于灰度統(tǒng)計判別的查詢方法；

3、采用數(shù)字攝像機記錄圖像，省略了圖像采集卡，并嘗試采用 CMOS相機取代 CCD相機。光強調整減小了光強的高斯分布對成像質量的不利影響。利用該系統(tǒng)對循環(huán)水槽模擬水渦流開展了測量，并分析了相應的實驗結果。 2. 提出了灰度差分法測量粒徑，建立了該方法的測量模型，并進行實驗驗證。粒子圖像的灰度差分法從 Mie散射理論出發(fā)，推導出粒子散射到 CCD攝像機中的光能數(shù)學解析式。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、個有灰度差異的粒子圖像對。經(jīng)過圖像處理，一個粒子的兩個粒子圖像經(jīng)過差分，可將成像系統(tǒng)的結構參數(shù)影響消除，進而得到粒徑信息。統(tǒng)計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的標定，而且可以直接得出粒子的粒度信息。在此測量模型的基礎上，利用該方法對循環(huán)水槽模擬水流進行了測量，驗證了這種測量方法的正確性和可行性，并討論了產(chǎn)生誤差的幾個因素。 3. 對 PIVS系統(tǒng)進行了驗證。利用所開發(fā)的成像系統(tǒng)和灰度差分判別方法，對循