专利名称：同时测量液滴位置、粒径和复折射率的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及多相流颗粒多参数同时在线测量技术，具体涉及一种同时测量液滴颗 粒位置、粒径和复折射率的方法和装置。
背景技术：
喷雾是一种复杂的气液多相流动，在工业应用领域具有广泛的应用背景，如雾化 混合、射流、液体燃料雾化燃烧等。液体雾化后液滴尺寸、速度、浓度等是衡量喷嘴雾化性能 优劣的重要指标，同时液滴折射率、温度等参数对于研究雾化液滴传热、蒸发和燃烧机理具 有重要意义。因此，为更深入地了解和认识雾化和喷雾燃烧机理，开发更先进高效的雾化和 喷雾燃烧装置，对雾化液滴的粒径、速度、浓度、折射率、温度等参数的在线实时测量提出了 要求。目前液滴颗粒的粒径、速度和浓度参数测量已经有较好的解决方案，典型的有 相位多普勒分析仪PDA和粒子图像测速仪PIV等，但无法同时进行温度和折射率的测 量。在液滴颗粒折射率和温度测量方面，目前研究较多的是基于光散射的彩虹测量技术 (Rainbowrefractometry)，通过检测彩虹角的大小计算折射率，进而由折射率和温度的关 系得到液滴的温度。此方法还可以同时获得液滴的粒径。研究结果表明，彩虹技术具有较 高的测量精度，但测量系统复杂，灵敏度高，需要对颗粒的彩虹角进行精确跟踪和测量，实 现起来比较困难。另外一种方法是荧光技术，即在被测液体中加入荧光剂，通过荧光强度与 温度的关系直接测量液滴的温度，该方法容易实现，但不能同时测量折射率，荧光剂的加入 对被测液体产生干扰，不是真正意义上的非接触式测量，无法应用到雾化燃烧流场。数字全息技术是一种三维成像测量技术，它利用干涉原理在二维成像介质如CCD 阵面上同时记录了物体散射光的光强和相位信息，通过数字重建技术可以得到被测物体的 三维空间位置，因此目前已在颗粒场的三维空间分布、粒径和速度测量中得到成功应用，但 都采用前向散射共轴记录的经典Gabor全息记录方式，物光波主要为前向的衍射光为主。 若采用颗粒侧向散射的记录方式，物光波则以反射光和折射光为主，可有望对颗粒表面反 射光和折射光点的三维空间位置及其光强比值进行数字重建，进一步获得颗粒的复折射率 信息，有关这方面的方法和装置还未见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种同时测量液滴颗 粒位置、粒径和复折射率的方法和装置。本发明中同时测量液滴颗粒位置、粒径和复折射率的方法，包括以下步骤(1)将高相干性连续激光光束在空间滤波和准直扩束后分成两束，其中一束照射 被测流场区域的颗粒，另一束作为参考光；(2)使被测流场区域颗粒的侧向30° 90°区域的散射光，与经衰减的参考光混 合后发生干涉形成全息图，经成像装置由数字相机记录后存储于计算机；
(3)利用数字重建技术对全息图进行处理，获得被测颗粒沿深度方向的一系列重 建图像；(4)利用数字图像处理技术从重建图像中识别出颗粒反射点和折射点，获得其空 间坐标(XA，yA)，(xB，yB)，并获得其散射光强比IA/IB ；首先，根据方程组(1) (4)获得颗粒的中心位置(xP, yP)和粒径dp X2p+y2P =^-Jp2Xp = xB - dp sin Ory =yQ-^dvcos0r
权利要求
1.同时测量液滴颗粒位置、粒径和复折射率的方法，包括以下步骤(1)将高相干性连续激光光束在空间滤波和准直扩束后分成两束，其中一束照射被测 流场区域的颗粒，另一束作为参考光；(2)使被测流场区域颗粒的侧向30° 90°区域的散射光，与经衰减的参考光混合后 发生干涉形成全息图，经成像装置由数字相机记录后存储于计算机；(3)利用数字重建技术对全息图进行处理，获得被测颗粒沿深度方向的一系列重建图像；(4)利用数字图像处理技术从重建图像中识别出颗粒反射点和折射点，获得其空间坐 标(xA, yA)，(xB, yB)，并获得其散射光强比IA/IB ；首先，根据方程组(1) (4)获得颗粒的中心位置(xP，yP)和粒径dP:
2.用于实现权利要求1所述方法的装置，包括激光器和CCD相机，其特征在于，激光器、 由显微物镜和针孔光阑组成的空间滤波器、准直扩束器和分光镜位于同一光路上；激光经 分光镜分成相互垂直的两束，其中一束穿过光强衰减器后作为参考光，另一束直接照射被测颗粒后发生散射，颗粒的部分散射光与参考光经混合镜后发生干涉，形成颗粒全息图，并 由配备工业显微镜头的CXD相机记录；混合镜、工业显微镜头、CXD相机依次设置，CXD相机 连接至内置全息图处理器和处理软件的计算机系统。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述参考光的光路上，在分光镜与混合 镜之间设置光强衰减器，衰减倍率为10 1000。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述工业显微镜头的成像放大倍率为5 10倍。
全文摘要
本发明涉及多相流颗粒多参数同时在线测量技术，旨在提供一种同时测量液滴颗粒位置、粒径和复折射率的方法和装置。该方法包括(1)将高相干性连续激光光束在空间滤波和准直扩束后分成两束，其中一束照射被测流场区域的颗粒，另一束作为参考光；(2)使被测流场区域颗粒的侧向30°～90°区域的散射光，与经衰减的参考光混合后发生干涉形成全息图，经成像装置由数字相机记录后存储于计算机；(3)利用数字重建技术获得被测颗粒沿深度方向的一系列重建图像；(4)利用数字图像处理技术从重建图像中识别出颗粒反射点和折射点，获得其空间坐标及其散射光强比。相对于彩虹测量技术，本发明所涉及的测量装置光路系统比较简单，容易实现。
文档编号G01N21/45GK102003936SQ20101028161
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者吴学成, 周昊, 奇哈·科里昂, 岑可法, 邱坤赞, 陈玲红 申请人:浙江大学