[实用新型]基于双光束相向照射的干涉粒子成像测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种双光束相向照射的干涉粒子成像测量装置。 

背景技术

粒子广泛存在于喷雾、流体、石油、化工、环保、材料、水利、食品、航空航天、燃料燃烧等领域。粒子尺寸、速度等参数不仅对材料和产品的性能和质量有直接影响，还与优化工艺过程、降低能源消耗、减少环境污染等有着直接或间接的关系。因此粒子场测试与诊断在工业、科研等领域具有重要的意义。目前已提出粒子场测量的常见方法有： 

激光全息/数字全息技术，该方法是通过对粒子场全息图的再现分析确定粒子尺寸、速度、分布及其它参量的一种光学测量方法。在数字全息术中，粒子场的全息图直接以数字方式记录在CCD上，再以数字方式再现，可同时获得3D粒子场的振幅和相位的全部信息，并直接以数字形式描述，结合PIV/PTV技术，实现粒子场如粒子尺寸、位置、速度及粒子分布等参数的定量测量和分析。 

光散射/衍射法是一种基于光散射/衍射原理的粒子直径测量技术。激光束照射粒子发生散射/衍射，散射/衍射光强度分布与被照射颗粒的直径有关，根据探测器接收的衍射光能量分布可计算出被测粒子群的粒径分布。 

相位多普勒技术(Phase Doppler Anemometry，简称PDA)是利用运动粒子散射光的多普勒效应实现粒子的尺寸和速度测量，利用散射光的相位差实现粒子尺寸的测量，利用散射光的频率差实现粒子速度的测量。 

干涉粒子成像技术(IPI)是一种相对较新的粒子测量技术，其基本原理是基于Mie散射理论，通过测量粒子散射光干涉条纹图的条纹数/条纹频率，或聚焦两点像之间的距离得到粒子尺寸大小。结合PTV/PIV技术，实现粒子速度测量。该技术适用于透明球形粒子场测量。 

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型提供一种基于双光束相向照射的干涉粒子成像测量装置，通过粒子散射光的条纹图和聚焦像，得到粒子尺寸大小，结合PTV/PIV技术，得到粒子场速度分布，可用于喷雾粒子场粒子尺寸、速度测量以及气缸内空气速度场测量。 

在单光束照射的IPI测量装置中，对散射角θ≠90°区域，这时物平面、成像透镜平面与CCD像面不平行，使得物面上不同位置处放大率不同，从而使聚焦像面上的相同直径 粒子形成的聚焦两点像间距大小不同，离焦条纹图大小不同，进而影响了粒子像中心定位和条纹频率的提取精度。 

为了解决上述技术问题，本实用新型一种基于双光束相向照射的干涉粒子成像测量装置包括片状光束相向照射系统和接收成像系统，片状光束相向照射系统由激光器、扩束准直系统、光束压缩系统、第一分束镜和反射镜组组成。接收成像系统包括聚焦成像系统和离焦成像系统。第二分束镜将粒子散射光分成两部分，聚焦成像系统由第一CCD和第一成像透镜组成，离焦成像系统由第二成像透镜和第二CCD组成,采集到的图像存储于计算机中。在聚焦成像系统和离焦成像系统中，物平面、透镜平面和CCD像面相互平行。本实用新型通过粒子散射光的条纹图和聚焦像，得到粒子尺寸大小，结合PTV/PIV技术，得到粒子场速度分布，可用于喷雾粒子场粒子尺寸、速度测量以及气缸内空气速度场测量。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是： 

(1)本实用新型提出了利用双光束相向照射粒子场，使得干涉发生在同阶散射光之间，条纹对比度高，且聚焦像中两点像亮度相同，有助于条纹频率及两点像间距的提取。 

(2)本实用新型选择90°的散射角，在此位置接收散射光可以保证收集系统放大倍率不变，使得离焦像面上干涉条纹图大小相同，有助于条纹图中心定位，且相同直径粒子形成的两点像间距相同，从而提高粒径测量精度。 

(3)本实用新型选择利用双相机同时接收粒子散射光的聚焦像和离焦像，通过双(多)次曝光，结合PTV/PIV实现喷雾场粒子尺寸、速度、粒度分布、空间分布及气缸内空气速度场同时测量。 

附图说明

图1为本实用新型中双光束照射的干涉粒子测量装置的一种具体实施方案图； 

图2为本实用新型中图像处理算法的流程图，其中，(a)是粒子条纹图图像处理算法流程图，(b)是两点像图像处理算法流程图。 

其中，1为激光器，2为扩束准直系统，3为正/负柱透镜组组成的光束压缩系统，41为第一分束镜、42为第二分束镜，61为第一成像透镜、62为第二成像透镜，71为第一CCD、72为第二CCD，8为粒子场，51、52、53分别为反射镜。 

具体实施方式