粒子場軌跡速度的數(shù)字全息測量方法研究.pdf

1、粒子場測試與診斷在科研、工程等領域具有重要的意義。粒子場軌跡速度的數(shù)字全息測量是將粒子場全息圖直接以數(shù)字方式記錄在CCD上,再以數(shù)字方式再現(xiàn),同時獲得3D粒子場的振幅和相位全部信息,通過對再現(xiàn)像的分析獲得粒子的尺寸位置信息,結合PTV技術,利用粒子匹配跟蹤算法,從時間序列粒子圖像中獲得粒子軌跡,進而得到粒子運動速度,實現(xiàn)粒子速度分布測量。本文在對數(shù)字全息基本理論研究基礎之上,主要研究粒子場軌跡速度的數(shù)字全息測量方法,并將其應用于噴霧場測

2、量,所做的主要工作如下:
　　 1.對粒子場數(shù)字全息軌跡速度測量方法進行了理論研究。
　　 2.對基于Hough變換數(shù)字全息粒子尺寸位置測量方法進行了改進,提出一種采用頂帽變換濾波和自動閾值提取方法,并對光強判焦和復振幅判焦準則進行了研究。對2D粒子場和3D粒子場進行了計算機模擬,對直徑為51.1μm和119.4μm的標準粒子進行了實驗,測量結果:對直徑為51.1μm的標準粒子,粒子直徑為52.5μm,相對誤差5.40％

3、；直徑為119.4μm的標準粒子,粒子直徑為120.48μm,相對誤差2.30％。對粒子尺寸位置測量不確定性進行了分析,并對全息圖信噪比、粒子提取率Ep與粒子場深度L和粒子數(shù)密度ns之間的關系進行了分析。
　　 3.提出一種基于3幀的粒子跟蹤算法,對速度測量的不確定性及粒子識別率進行了分析,給出了在不同粒子數(shù)密度、不同粒子平均速度下,粒子場粒子軌跡提取率,并對2D粒子場和3D粒子場進行了模擬,測量結果:對2D粒子場,速度測量相對

4、誤差0.17％；對3D粒子場,速度測量相對誤差5.6％。研究結果驗證了該方法的可行性。
　　 4.利用CW(連續(xù))激光器和高速CCD數(shù)字記錄動態(tài)粒子場,利用本文所提出的粒子軌跡速度測量方法,對標準粒子場、柴油噴霧場和乙醇噴霧場軌跡速度進行了實驗研究,給出了粒子場2D、3D運動軌跡矢量圖和速度分布圖,以及在不同噴油脈寬下,沿X方向、Y方向的粒子速度變化曲線圖,實現(xiàn)了霧場粒子尺寸、軌跡和3D空間的3C速度(3Dt-3C)分布測量。研