Inclusion of the tunneling phase shift for interferometric particle imaging for bubble sizing

The interferometric particle imaging technique makes use of the angular oscillations of the scattered light in the forward direction for droplet or bubble sizing.The out-of-focus image consists of fringes,the spacing of which reflects the interference between the surface-reflected light and the twofold-refracted light.Total internal reflection occurs when the incident light hits the bubble at a large incident angle.The tunneling phase shift is not included in the geometric optics approximation,which leads to a deviation from Mie theory.In this work,we modified the formula for describing the fringe spacing by including the tunneling phase shift of total internal reflection.Numerical analysis and experiments showed that the modification is effective for the measurement of bubbles smaller than 60μm.

环境压力对液滴流瞬态蒸发影响的实验测量

为了研究压力条件下液滴间相互作用对其蒸发速率的影响,采用相位粒子干涉成像(PHIPI)技术对无水乙醇的单分散液滴流在定压腔内的蒸发进行了研究.将射流破碎产生的单分散液滴流注入定压腔中,利用高速显微阴影法对液滴流的尺寸和间距进行了标定.采用粒子测速成像技术对液滴流附近气体运动进行表征.随后,在环境压力0.1~0.8 MPa下,对粒径范围100~200μm的液滴在无量纲间距参数2~4、液滴速度4.1~7.3 m/s等工况下的蒸发速率进行了测量.实验结果表明,液滴相对间距越小,液滴蒸发速率越慢;在室温下,环境压力对液滴的蒸发起抑制作用;液滴流速越小,压力对其蒸发的影响越明显.

干涉粒子成像中基于深度学习的低位深散斑图粒子形状分类

粒子形状是不规则粒子测量中的一个重要参数,干涉粒子成像(IPI)技术已经被广泛应用于不规则粒子形状的表征,但目前仍然缺少从大量散斑数据中对不规则粒子形状进行快速分析的方法。基于DenseNet网络,本文提出了一种利用从IPI系统获取的离焦散斑对不规则粒子形状直接进行分类的方法,通过改进的模拟粒子系统建立包含超过7000张散斑数据的模拟冰晶粒子散斑数据集,在不同位深的情况下对共9种形状类别的冰晶粒子离焦散斑进行了网络训练和验证。实验结果表明,散斑数据集上的最高分类精度达到92.7%,同时在信息压缩比仅为12.5%的情况下形状分类精度仍超过85%。本文提出的方法对IPI测量中粒子形状的快速分析具有重要意义,并且可以实现测量散斑数据的低成本存储和高效率传输。

干涉粒子成像技术可测粒径上限分析

从实验上研究了干涉粒子成像技术(IPI)的最大可测粒子尺寸.分析了同一视场中不同物面导致的物距变化对IPI最大可测粒径的影响.搭建了单光束照射的IPI实验系统,对粒子直径为51μm和110 μm的聚苯乙烯混合粒子场进行测量,分析了同一视场内不同采集区域的最大可测粒径.实验结果表明,IPI技术最大可测粒径受实验系统物距影响,对于一固定参数的实验系统,同一视场内不同采集区域的最大可测粒径不同.

激光干涉粒子成像乙醇喷雾场粒子尺寸和粒度分布测量

研究了一种基于激光干涉粒子成像(IPI)技术的粒子尺寸测量方法。该方法是利用粒子散射光在成像系统离焦像面上所形成的干涉条纹图,采用小波变换和模板匹配提取条纹图像中心,利用傅里叶变换和修正Rife方法提取干涉条纹间距/条纹数,进而计算得到粒子尺寸大小,其测量精度可达到亚像素精度。对51.1μm的标准粒子进行了测量,粒径测量值为(49.79±0.41)μm,绝对误差1.31μm,并应用于乙醇雾场粒子测量,给出了沿x方向和y方向不同测量点处的瞬时雾场粒子的粒径分布、平均粒径以及索太尔平均直径(SMD)。

激光干涉粒子成像测量干涉图处理算法研究

提出一种基于小波匹配滤波和傅里叶变换技术的干涉图条纹数/条纹间距的提取方法。该方法是先对粒子场干涉条纹图和粒子掩模图像,利用Mexican Hat小波分别提取其边缘图像,对所得到的边缘图像进行2D相关运算得到粒子的中心位置。根据粒子的中心坐标及粒子图像形状大小提取出单个粒子干涉图像。再对每个粒子干涉图像进行傅里叶变换,利用修正Rife方法提取条纹频率,得到粒子干涉条纹数/条纹间距,其测量精度可达到亚像素精度,并进行了模拟和实验测量。当重叠系数γ<11.62%时,算法识别率高于90%,频率提取误差小于0.0185%。对51.1μm的标准粒子测量的不确定性为±0.41μm,绝对误差1.31μm。研究结果表明了该算法的可行性。

激光干涉法测量不规则粗糙粒子尺寸

不规则粗糙粒子广泛存在于粒子场中,为获得其尺寸信息,建立激光干涉成像系统,提出了不规则粗糙粒子尺寸计算方法。基于光学传输矩阵理论,模拟了不规则粗糙粒子激光干涉离焦像,分析得到粒子尺寸与离焦像2D自相关的关系,给出不规则粗糙粒子尺寸计算公式。以砂砾为样本进行激光干涉成像实验,采集不同转向下的离焦像并进行频率分析获得粒子尺寸,实验结果表明,测量误差不超过10.4%,满足微小粒子的测量要求,对实际粒子场的测量具有重要意义。

干涉粒子成像测量系统可测粒径范围及精度分析

基于干涉粒子成像(IPI)测量公式,分析了影响IPI系统中最大和最小可测粒子尺寸以及粒径测量精度的因素。对一给定的CCD、成像透镜、入射光波波长、光束宽度,分析了物距和离焦距离对粒子干涉条纹图大小的影响,进而分析了对粒径测量精度和可测范围的影响。得出了在满足测量范围要求的条件下,尽量采用相对较大的收集角,干涉条纹图尺寸越大,粒径测量误差越小,但必须考虑条纹图重叠,且对条纹间距进行插值得到亚像素精度,给出了对标准粒子测量实验光路系统设计实例和测量结果。

双光束照明的干涉粒子成像粒子尺寸测量

设计一种两光束相向照射,在散射角θ=90°方向记录的干涉粒子成像测量实验系统,利用模版匹配相关方法提取粒子两点像的位置坐标,根据粒子像位置坐标,粒子掩模图的形状和大小提取出单个粒子两点像。再对每个粒子两点像进行自相关、Gaussian插值提取两点像之间距离,进而计算得到粒子尺寸大小,其测量精度可达到亚像素精度。对标称值为45 mm的标准粒子进行了测量,粒径测量值为(46.54±0.50)mm,相对误差3.42%。实验结果表明了该方法的可行性。