利用数据库技术的近红外消光法颗粒粒度测量

为了实现在近红外波段测量介质中颗粒的粒径,提出了一种基于消光光谱结合数据库技术的颗粒粒径反演方法。首先通过全散射消光的Lambert-Beer定律计算生成与颗粒粒径大小及分布相关的消光光谱数据库,然后用数据库处理算法比较数据库中数据与实测颗粒消光光谱数据,两者最佳吻合所对应的数据库中颗粒粒度及分布参数即为所求值。分别对颗粒的单峰和双峰粒度分布进行数值仿真,仿真结果的体积频率分布的相对均方根误差小于10%。利用3种不同粒度的国家标准颗粒进行实验验证,实测得到粒径D50的相对误差均在10%以内,仿真及实验对所提算法的验证得到了满意的结果。研究表明,将数据库技术及算法应用于近红外窄波段消光法颗粒粒度的测量是可行的和有效的。

颗粒粒径分布对全散射法测量颗粒质量浓度的影响

燃煤电厂烟尘排放是造成环境污染最主要的因素之一,实现电厂排放烟尘浓度的在线监测显得尤为重要。以光全散射法为理论基础,运用MATLAB编程,得到消光系数与粒径、复折射率的关系以及颗粒浓度与消光曲线的关系;在实验室搭建粉尘浓度监测台架,用0.81和2.1μm这2种聚苯乙烯标准颗粒在液相介质中对台架测试结果进行标定;而后选取3种粒径分布不同的二氧化硅球形颗粒进行测量,测量结果表明,样品中无量纲尺寸因子α>30的颗粒所占的比例越高,浓度测量的误差越大。

一种新型非平行光消光法在碳烟测试中的应用

为解决高压火焰测试时平行光消光法在碳烟测试过程中会发生波束偏移,严重影响测试精度的问题,设计并搭建了一套非平行光二维测试系统.在常压下获取了乙烯层流扩散火焰的碳烟浓度透射率图片,通过与相同条件下基于平行光消光法测试得到的结果进行对比,发现非平行光消光法具有更好的削弱波束偏移影响的能力.结合使用Abel层析反演算法对视场累计数据进行解析,非平行光消光法能够更精确获取乙烯扩散火焰中的径向碳烟浓度分布,同时在低碳烟浓度区域噪声更低,证明了该方法是一种高灵敏度测量方法.

光谱消光法测量高压湿蒸汽的研究

在前人工作的基础上发展了光谱消光法在线测量技术,并将其应用于高压湿蒸汽两相流湿度和水滴尺寸分布的测量.在数据处理上,提出了改进的optimized regularization反演算法,该算法比以往的Phillip-Twomey-NNLS算法有更大的抗噪性、准确性和稳定性.还进行了标准颗粒测量实验和高压湿蒸汽在线测量实验.结果表明:通过增大测量区与接收光纤间距和减小接收光纤面积,可大大降低颗粒前向散射光(包括低浓度时的不相关单散射光和高浓度时的复散射光)对消光光谱的影响,从而保证了在高浓度情况下湿蒸汽测量的准确性.湿蒸汽实验结果表明:在高压状态下湿蒸汽中的水滴尺寸比低压汽轮机内湿蒸汽中的水滴小,并且分布也较窄,这也是核电高压汽轮机水蚀较少的原因之一.

激光诱导炽光法与消光法诊断烧蚀羽烟消光性能

为了研究流场中碳纤维增强环氧树脂复合材料在激光辐照时产生的烧蚀羽烟对入射激光的屏蔽效应,通过对朗伯-比尔定律进行分析,得到了评价羽烟消光性能的平均质量消光系数的表达式,其与羽烟场浓度和激光透过率相关。采用激光诱导炽光法(LII)和激光消光法,搭建了羽烟消光性能联合诊断实验平台,使待测激光落于LII的激发光平面上,通过同步采集待测激光的透过率和LII信号,获得激发光平面上羽烟浓度场和激光消光比,得到羽烟在不同气流速度下的平均质量消光系数。实验得到气流速度为7,10,20m/s时羽烟对1064nm激光的归一化质量消光系数分别为2.51,1.08,1.00。实验发现,质量消光系数受到气流速度影响,当气流速度较低时质量消光系数曲线波动幅度大,且曲线均值较大;当气流速度较高时质量消光系数趋于稳定且均值较小。

基于RGB三波段消光法和单帧单曝光图像法的汽轮机湿蒸汽测量实验研究

为了揭示汽轮机内湿蒸汽两相流动机理,提出了基于RGB三波段消光法和单帧单曝光图像法（SFSEI）的湿蒸汽测量探针系统,并采用2 100nm和960nm聚苯乙烯标准颗粒以及粒径范围为50~400μm的标准圆图像标定板对探针系统测量准确性进行了实验验证.利用该探针对某330 MW汽轮机在277 MW定压运行时末级后湿蒸汽进行了测量.结果表明：沿叶高方向,一次水滴的粒径分布在0.7~0.9μm,湿度在6%~9%,二次水滴的最大速度可达225.7m/s,最大粒径约200μm,并且二次水滴的速度、粒径和运动方向角随叶高变化不同;该探针系统可实现汽轮机湿蒸汽参数的有效测量,为湿蒸汽研究提供依据.

成像激光雷达大气消光系数的反演方法

针对成像激光雷达的应用背景,利用Klett迭代方法求解水平路程激光大气传播的消光系数,并采用Monte Carlo方法对典型应用背景下的接收信号进行了模拟,结果表明:采用该方法求解的消光系数的理论误差小于6%;在考虑大气湍流起伏的情况下,消光系数的起伏变化明显,但是与理论模型的变化趋势吻合。

光学诊断在柴油机缸内碳烟测试中的应用

介绍了用于柴油机缸内碳烟测试的4种光学方法的原理和特点,包括消光法、散射法、双色法和激光诱导炽光法。消光法和散射法试验装置简单,数据精确,结合运用可以获得空间一点的碳烟体积分数和粒子尺寸。双色法在获取温度场的同时可以得到碳烟浓度的二维分布,是目前应用较为成熟的测试手段。但这3种方法得到的是碳烟在光程方向的平均结果。激光诱导炽光法采用激光片光对碳烟粒子进行加热,可以获得片光薄层内的碳烟浓度分布。通过比较可以看出,由于激光诱导炽光法可以获得瞬态二维碳烟分布,具有良好的时间、空间分辨率,十分适合缸内碳烟测试。

内燃机光学诊断试验平台和测试方法综述

活塞式内燃发动机是现代工业中应用最为广泛的动力机械装置。由于其内部燃料喷射、蒸发、燃烧等复杂的工作过程会对发动机的结构可靠性、能量利用效率和污染物生成产生极大影响,研究内部过程的物理机理并确定控制策略对于发动机的设计和改进具有重要的科学意义和实用价值。近年来,为更加深入理解发动机内部工作过程,研究人员广泛采用光学诊断试验技术来测量发动机缸内流动和燃烧特性。本文首先介绍了各类用于模拟发动机工作过程的试验台架(如定容燃烧弹、快速压缩机、光学发动机等)。在此基础上,分析了各类光学诊断技术的基本原理及其在发动机研究中的应用。光学诊断技术分为两类进行讨论,分别是基于传统光学的传统诊断技术(如纹影法、双色法等)和基于激光的先进诊断技术(如粒子图像测速法、激光诱导荧光法等)。光学诊断技术可在多尺度下测量缸内温度、物质浓度、液滴粒径等参数,为准确评估发动机喷油、蒸发、燃烧过程提供试验依据。更重要的是,光学诊断技术为更加深入理解高温高压环境下流动、燃烧的物理/化学机理提供了可能性,为开发高功率、高能效、低排放的先进发动机提供可靠的试验手段,同时为研究人员未来开展基础试验研究、更加深入地理解发动机工作过程提供指导。

用消光法确定核壳结构乳液聚合过程中原始乳化剂量与乳胶粒数目之间的关系

在合成核壳结构聚合物乳液过程中，用消光法测定其乳胶数目及粒径随原始乳化剂用量的变化。

平面光学元件微位移测量及仿真

为了实现针对平面光学元件的微位移测量,提出了一种新型的基于消光式椭偏法的测量方法.通过对光线传播过程中椭圆偏振态的变化进行分析,推导出了在消光条件下,平面光学元件标准件与被测件之间的间距与起偏器方位角及检偏器方位角之间的函数关系,根据起偏器与检偏器方位角得出被测件相对标准件发生位移前后的间距,从而得出位移量的数值.仿真结果表明:入射角为60°,实验仪器测角精度为5′时,这种方法能够实现测量范围在250nm以内,测量精度为10nm的微位移测量.

应用差分光谱吸收法监测SO2的固定污染源连续排放监测系统

研制了应用差分光谱吸收法(DOAS)监测SO2的固定污染源连续排放监测系统(CEMS).介绍了DOAS的基本原理以及CEMS的结构和工作流程.利用该监测系统对某供热锅炉烟气中的SO2进行了现场监测.结果表明:该系统对SO2的监测结果与锅炉运行工况、实际运行状况是一致的.

利用散射光信息提高消光法粉尘浓度测量的精度

提出了一种在消光法的基础上结合散射光提高粉尘浓度测量精度的方法,介绍了利用计算机模拟计算的结果和初步的实验情况。结果表明应用此方法可望实现简单、快速和较准确的粉尘浓度在线实时测量。

柴油燃烧火焰中碳烟生成的特性试验

基于装配单孔喷嘴孔径为0.18,mm的定容燃烧弹系统,采用脉冲LED二维消光法,以国Ⅴ的0号柴油为研究对象,对其在给定工况下喷雾燃烧火焰中形成的碳烟进行了定量测试,同时采用增强器电荷耦合相机同步测量了火焰浮起长度.试验过程中,保持定容燃烧弹内气体密度恒为20,kg/m3,研究了不同喷油压力、氧体积分数和环境温度对碳烟分布、初始形成时刻的影响,结果表明:采用的二维消光法对国Ⅴ柴油有较好的适用性;国Ⅴ柴油喷雾燃烧中碳烟的KL值、生成的初始时刻随着喷油压力升高而降低,随着氧体积分数升高而升高,随着环境温度的升高而升高.

发散光束对消光法颗粒粒径测量影响

采用蒙特卡罗方法模拟光子在散射介质中传输的物理过程,研究发散光束对消光法粒径测量的影响。将平行入射光条件下数值结果与Lambert-Beer模型进行对比验证,分析了入射光发散角变化对消光光谱的影响。搭建基于发散光束的消光实验平台,分别在入射光平行和发散条件下测得三种聚苯乙烯乳胶球标准颗粒消光光谱,其与蒙特卡罗模拟结果变化趋势基本一致。数值和实验消光谱的粒径反演结果表明:随发散角增大,测得粒径与标称值误差越大,发散角为5°时粒径的反演误差均在4.62%以内,但发散角为20°时标称粒径0.2、0.8、2.88μm的颗粒样品测量误差分别为4.25%、12.75%、-9.55%。进行误差修正,通过蒙特卡罗方法建立的发散光束数值模型构造系数矩阵,对粒径0.8μm的颗粒在发散角为5~20°的实验消光谱反演,误差在2.00%以内。

消光法测量乳剂颗粒的研究

为研究消光法颗粒粒径测量中浓度和双层球形颗粒问题,根据Lambert-Beer定律,对不同浓度下的乳剂和PBA/PMMA双层球颗粒乳剂采用多波长消光法进行测量分析。实验结果表明:当颗粒物浓度超出某一临界浓度范围后,由消光法测量的粒径结果将受浓度变化的剧烈影响;对于核壳结构的双层球形颗粒,如果两层结构的折射率相差不大,采用其中一种折射率通过消光法来测量,其结果仍比较准确,误差不大。

消光法乳剂颗粒粒径测量中浓度影响分析

为了研究消光法颗粒粒径测量过程中浓度对测量结果的影响,根据Lambert-Beer定律,对不同浓度下的乳剂采用多波长消光法进行测量分析,同时采用蒙特卡罗法进行数值模拟分析。实验和数值结果均表明:浓度对消光法测试结果的影响效果存在一个临界浓度范围。对于脂肪乳剂,该临界浓度出现在质量分数1.8‰左右;对于橄榄油乳剂,临界浓度则出现在0.5‰～0.6‰之间。超过该范围后,测量的粒径将受浓度变化剧烈影响。

消光树脂的研究现状及进展

消光树脂由于具有光泽柔和、质感细腻的特点,能够营造高雅舒适的环境氛围,广泛应用于木材上色、纸张光油、地面涂饰、金属和塑料涂饰、电泳涂装、卷材、家具、墙纸、皮革和人造革等众多需要消光的领域。文中主要介绍了光泽的定义、光泽的测定及分级、消光原理、消光方法和消光树脂的应用范围,并且着重从紫外光(UV)固化消光涂料、粉末消光涂料、水性消光涂料三大涂料领域对消光树脂的研究现状及进展进行了系统的论述。

双色激光测粒仪及矿浆粒度、浓度综合检测

阐述了Mie氏光散射原理测量矿浆粒度以及消光法原理测量浓度,在分析了理论基础上,搭建了双波长激光测粒仪的实验平台,通过在同一平台上接收数据,处理数据,实现了矿浆粒度、浓度的在线综合检测。算法采用的是约束反演算法,推理出双波长方程组,克服了以往单波长的计算量大的问题,并在matlab上应用图像处理对接收到的光强进行编程、处理、分析[1],也进行了仿真验证得出了颗粒频度分布图以及累积分布图,避免了以前用单片机或嵌入式进行计算、输出的复杂性,使结果更加直观且过程简便。

消光棱镜气室气体检测特性分析

在消光法气体浓度检测中,使用了两个相同的直角棱镜增大透射光束在气体中的光程,利用其对光束的全反射特性提高了气室的检测灵敏度;使用凸透镜对旁轴光束聚焦,解决了二次测量中输出光束平移问题;给出了旁轴光束条件下光束的传输特性方程及灵敏度的定性表达,并对灵敏度进行了仿真分析;使用单波长测量法对气体浓度进行了计算,并分析了系统误差。