一種速度粒度實時同場測量技術(shù)的研究.pdf

1、在柴油機中，噴油器的噴霧特性對發(fā)動機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候，同時獲得霧滴的速度特性，這對于研究燃油的微觀霧化機理具有重要的意義?；陔p目視覺和灰度差分法，本文開發(fā)了一套能夠直接實現(xiàn)對流場的速度、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 &

2、 Sizer），并對該系統(tǒng)進(jìn)行了實驗驗證。本文主要開展了以下幾個方面的工作： 1. 根據(jù)Mie散射理論，在基于不同激光光強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。該方法利用兩臺數(shù)字相機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。最后利用水槽實驗對該方法進(jìn)行了檢驗，

3、驗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，最大的一個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，該算法利用兩臺數(shù)字相機對同一流場區(qū)域進(jìn)行拍攝，進(jìn)行自相關(guān)拍攝的相機曝光兩次；另一臺數(shù)字相機曝光一次，通過粒子像配對來區(qū)分自相關(guān)圖像中不同時刻的粒子像，以此根據(jù)拍攝時序進(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)行的對比驗證和對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行的測量驗證對本方法進(jìn)行了檢驗。 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)行粒子粒徑計算時，同一個粒子在不同的相機中所成的像點的配對過程是該方法的核心問題。本文使用兩臺數(shù)字相機進(jìn)行拍攝，一臺數(shù)字相機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；另一臺數(shù)字相機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配對方法，并對這些方法進(jìn)行了粒子像配對檢驗。 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)）兩個部分。硬件方面搭建了適用與本系統(tǒng)的雙相機拍攝系統(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、處理和控制過程，獲得了流