一种颗粒温度δv的测量方法

摘要

本发明提供了一种颗粒温度δv的测量方法，用于流化床内颗粒温度的测量，其特征在于，用激光作为光源，通过凹透镜扩散后照射在流化床内的颗粒上，在远场产生动态波动的散斑，用成像装置以单位曝光时间T₀对散斑连续成像，得到一系列曝光时间为T₀的散斑图像；将散斑图像输入电脑，电脑将单位曝光时间T₀的散斑图像转换成单位曝光时间T₀的像素灰度值，单位曝光时间T₀的像素灰度值经过计算得到颗粒温度δv随时间变化的曲线。根据本发明提供的一种颗粒温度δv的测量方法，可使时空分辨率达到微秒级和纳米级。

主权项

一种颗粒温度δv的测量方法，用于流化床内颗粒温度的测量，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：步骤一：用激光作为光源，通过凹透镜扩散后照射在所述流化床内的颗粒上，在远场产生动态波动的散斑；步骤二：用成像装置以单位曝光时间T₀对步骤一中的所述散斑连续成像，得到一系列所述单位曝光时间T₀下的散斑图像；步骤三：将步骤二中的所述散斑图像输入电脑，所述电脑将所述单位曝光时间T₀下的所述散斑图像转换成所述单位曝光时间T₀下的像素灰度值；步骤四：将步骤三中得到的所述单位曝光时间T₀下的所述像素灰度值经过计算，得到所述颗粒温度δv随时间变化的情况，其中，所述成像装置为像素数量为N的线阵相机，N为1024,所述散斑连续成像的总成像数为K，所述K为偶数，将所述单位曝光时间T₀下的所述像素灰度值存入矩阵x：$x=\left[\begin{array}{cccc}{x}_{11}& x_{12}& ...& x_{1N}\\ x_{21}& x_{22}& ...& x_{2N}\\ .& & & \\ .& & & \\ .& & & \\ x_{K1}& x_{K2}& ...& x_{KN}\end{array}\right]$其中，每一个x_ji表示每一个所述散斑图像所对应的所述像素灰度值，i∈[1,N],j∈[1,K]，N为所述像素数量，K为所述总成像数，取所述矩阵x中的奇数行，组成新的矩阵y：$y=\left[\begin{array}{cccc}{y}_{11}& y_{12}& ...& y_{1N}\\ y_{21}& y_{22}& ...& y_{2N}\\ .& & & \\ .& & & \\ .& & & \\ y_{P1}& y_{P2}& ...& y_{PN}\end{array}\right]$其中，P＝K/2，根据公式$V_l\left(T_0\right)=\left[\frac{<I_l^2{>}_{T_0}}{<I_l{>}_{T_0}^2}\right]-1,$其中$<I_l^2{>}_{T_0}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{y_{li}^2}{N},{\left(I_l\right)}_{T_0}^2={\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{y_{li}}{N}\right)}^2,i\in [1,N],$l∈[1,P]，V_l(T₀)为所述散斑图像在所述曝光时间为T₀时的衬比度值，根据公式其中,χ_iT为曝光时间为T时第i个像素的灰度值，I_i为第i个像素上的光强，结合所述矩阵y，得出所述曝光时间为T₀时所述矩阵y中第l行所述散斑图像的光强平方的平均值为：$<I_l^2{>}_{T_0}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{y_{li}^2}{N}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{1}{N}[{\int }_0^{T_0}{\int }_0^{T_0}{I}_{li}\left(t^{\prime }\right)I_{li}\left(t^{\prime \prime }\right){\mathrm{dt}}^{\prime }{\mathrm{dt}}^{\prime \prime }/T_0^2],$根据Siegert公式：<(I_i(t')I_i(t”))>＝<I>²{1+β[g₁(t'‑t”)]²}，其中，β为系统相干系数，g₁(t)＝exp(‑4πδv/λ)为颗粒的散射光场自相关函数，所述颗粒的散射光场自相关函数g₁(t)＝exp(‑4πδv/λ)式中，δv即所述颗粒温度，λ为激光波长，则所述曝光时间为T₀时第l行像素的光强平方的平均值为：$<I_l^2{>}_{T_0}=<I_l{>}_{T_0}^2{\int }_0^{T_0}{\int }_0^{T_0}\left\{1+\beta {\left[g_1\left(t^{\prime }-t^{\prime \prime }\right)\right]}^2\right\}{\mathrm{dt}}^{\prime }{\mathrm{dt}}^{\prime \prime }/T_0^2,$根据所述公式得出所述矩阵y中所述散斑图像在所述曝光时间为T₀时的所述衬比度值V_l(T₀)为：$V_l\left(T_0\right)=\beta {\int }_0^{T_0}{\int }_0^{T_0}{\left[g_1\left(t^{\prime }-t^{\prime \prime }\right)\right]}^2{\mathrm{dt}}^{\prime }{\mathrm{dt}}^{\prime \prime }/T_0^2=\beta {\int }_0^{T_0}2(1-t/T_0){\left[g_1\left(t\right)\right]}^{2}dt/T_0,$则所述矩阵y中的所述像素灰度值的所述衬比度值V_P(T₀)随时间变化的矩阵为：V_P(T₀)＝[V₁(T₀),V₂(T₀),...,V_P(T₀)]；其中，将所述矩阵x中每两行数据相加，得到两倍曝光时间2T₀下的所述像素灰度值，组成新的矩阵z：$z=\left[\begin{array}{cccc}{z}_{11}& z_{12}& ...& z_{1N}\\ z_{21}& z_{22}& ...& z_{2N}\\ .& & & \\ .& & & \\ .& & & \\ z_{Q1}& z_{Q2}& ...& z_{QN}\end{array}\right]$其中，z_ji表示所述两倍曝光时间2T₀下的像素灰度值，i∈[1,N],j∈[1,Q]，Q＝K/2，N为所述像素数量，经过计算，所述散斑图像在所述曝光时间为2T₀时的所述衬比度值V_q(2T₀)为：$V_q\left(2T_0\right)=\beta {\int }_0^{2T_0}2(1-t/2T_0){\left[g_1\left(t\right)\right]}^{2}dt/2T_0$则所述矩阵z中的所述像素灰度值的所述衬比度值V_Q(2T₀)随时间变化的矩阵为：所述曝光时间为T₀时的所述衬比度值V_l(T₀)与所述曝光时间为2T₀时的所述衬比度值V_q(2T₀)之比随时间t变化的函数C(t)为：$C\left(t\right)=\frac{V_q\left(2T_0\right)}{V_l\left(T_0\right)}=\frac{{\int }_0^{2T_0}(1-t/2T_0){\left[g_1\left(t\right)\right]}^{2}dt/2}{{\int }_0^{T_0}(1-t/T_0){\left[g_1\left(t\right)\right]}^{2}dt},t=2T_0,4T_0,\mathrm{...},{\mathrm{KT}}_0$根据公式g₁(t)＝exp(‑4πδv/λ)，λ为所述激光波长，设Φ＝8πT₀/λ，则所述C(t)可简化为：$\begin{array}{c}C\left(t\right)=\frac{\exp \left[-4\left(4\pi \delta \nu /\lambda \right)T_0\right]+4\left(4\pi \delta \nu /\lambda \right)T_0-1}{4\exp \left[-2\left(4\pi \delta \nu /\lambda \right)T_0\right]+8\left(4\pi \delta \nu /\lambda \right)T_0-4}\\ =\frac{\exp \left(-2\delta \nu \Phi \right)+2\delta \nu \Phi -1}{4\exp \left(-\delta \nu \Phi \right)+4\delta \nu \Phi -4}\end{array}$根据矩阵V_P(T₀)＝[V₁(T₀),V₂(T₀),...,V_P(T₀)]和矩阵将所述矩阵V_Q(2T₀)除以所述矩阵V_P(T₀)，得到所述函数C(t)，则，根据得到的所述颗粒温度δv随时间变化的情况。