一種速度粒度實(shí)時(shí)同場測量技術(shù)的研究.pdf

1、在柴油機(jī)中，噴油器的噴霧特性對發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程有著重要的影響，噴霧霧滴顆粒直徑直接影響混合氣的形成質(zhì)量，因此對噴霧場中霧滴顆粒直徑分布的測量顯得尤為重要。研究人員通常希望在測量霧滴尺寸的時(shí)候，同時(shí)獲得霧滴的速度特性，這對于研究燃油的微觀霧化機(jī)理具有重要的意義?；陔p目視覺和灰度差分法，本文開發(fā)了一套能夠直接實(shí)現(xiàn)對流場的速度、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 &

2、 Sizer），并對該系統(tǒng)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. 根據(jù)Mie散射理論，在基于不同激光光強(qiáng)的灰度差分法粒子粒徑測量的基礎(chǔ)上，提出了基于雙目視覺的灰度差分法，建立了該方法的測量模型，推導(dǎo)了粒子圖像的灰度與粒徑的關(guān)系。該方法利用兩臺(tái)數(shù)字相機(jī)從不同的拍攝角度對粒子進(jìn)行拍攝，根據(jù)不同的散射角度條件下激光散射強(qiáng)度的不同，獲得具有灰度差異的粒子圖像，以此進(jìn)行粒子粒徑的測量。最后利用水槽實(shí)驗(yàn)對該方法進(jìn)行了檢驗(yàn)，

3、驗(yàn)證了本方法的有效性和可行性。 2. 提出了基于雙目視覺的自相關(guān)速度測量方法。在利用自相關(guān)進(jìn)行速度測量時(shí)，最大的一個(gè)問題就是速度方向存在“二義性”。本文提出了一種利用雙相機(jī)來解決自相關(guān)速度方向的二義性的算法，該算法利用兩臺(tái)數(shù)字相機(jī)對同一流場區(qū)域進(jìn)行拍攝，進(jìn)行自相關(guān)拍攝的相機(jī)曝光兩次；另一臺(tái)數(shù)字相機(jī)曝光一次，通過粒子像配對來區(qū)分自相關(guān)圖像中不同時(shí)刻的粒子像，以此根據(jù)拍攝時(shí)序進(jìn)行速度方向的判斷。根據(jù)該算法編寫了對應(yīng)的處理程序，通過對

4、模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行的對比驗(yàn)證和對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行的測量驗(yàn)證對本方法進(jìn)行了檢驗(yàn)。 3. 提出了基于雙目視覺的粒子像的配對方法。在利用灰度差分法進(jìn)行粒子粒徑計(jì)算時(shí)，同一個(gè)粒子在不同的相機(jī)中所成的像點(diǎn)的配對過程是該方法的核心問題。本文使用兩臺(tái)數(shù)字相機(jī)進(jìn)行拍攝，一臺(tái)數(shù)字相機(jī)90度布置，進(jìn)行“正拍”，“正拍”圖像曝光兩次形成自相關(guān)圖像；另一臺(tái)數(shù)字相機(jī)60度布置，進(jìn)行“斜拍”，“斜拍”圖像曝光一次。由于曝光次數(shù)和拍攝角度都不一樣，給粒子像點(diǎn)的配對增加

5、了難度。在這種情況下，本文提出了新的粒子像點(diǎn)配對方法，并對這些方法進(jìn)行了粒子像配對檢驗(yàn)。 4. 開發(fā)了PIVS系統(tǒng)相應(yīng)的軟硬件。PIVS系統(tǒng)包括硬件（拍攝與成像系統(tǒng)）和軟件（處理與控制系統(tǒng)）兩個(gè)部分。硬件方面搭建了適用與本系統(tǒng)的雙相機(jī)拍攝系統(tǒng)，并成功通過拍攝系統(tǒng)拍攝到了滿足PIVS系統(tǒng)需要的圖像；軟件方面基于C++的數(shù)字圖像處理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)了圖像處理與控制系統(tǒng)，并通過該系統(tǒng)完成了圖像的采集、存儲(chǔ)、處理和控制過程，獲得了流