一种测量粒子粒径的方法

摘要

利用粒子图像灰度差异测量粒径的方法，属于粒径光学测量技术领域，本方法利用用于灰度统计判别查询的粒子图像速度场仪成像系统获得流场经两次曝光形成的具有灰度差异的粒子图像，经图像处理技术预处理后，根据利用粒子图像灰度自相关测量粒子速度的方法实现同一粒子两次曝光对应两粒子像点的配对，由两粒子像点的灰度总和经粒径求解公式得到粒子粒径大小，从而获得整个流场的粒子粒径信息，本方法对激光光强稳定性要求降低，减少了系统误差、数字图像处理技术以及激光衍射对粒径测量结果的影响，克服了现有技术中的不足和缺陷，具有实质性特点和显著进步。

主权项

1.一种测量粒子粒径的方法，其特征在于：使用用于灰度统计判别查询的粒子图像速度场仪成像系统拍摄流场粒子图像，并利用粒子图像灰度差异测量粒径，其利用用于灰度统计判别查询的粒子图像速度场仪成像系统获得流场经两次曝光形成的具有灰度差异的粒子图像，经图像处理技术预处理后，实现同一粒子两次曝光对应两粒子像点的配对，由两粒子像点的灰度总和经粒径求解公式得到粒子粒径大小，从而获得整个流场的粒子粒径信息，具体步骤如下：(1)设定半导体泵浦连续激光器发射的激光的波长λ、所用相机镜头前加装的孔板的正方形小孔的边长b′、相机镜头至激光光路的垂直距离d₁、激光光路与相机镜头轴线夹角θ₀、激光片光脉冲宽度即相机两次曝光时间t₁和t₂；相机快门开启的持续时间T以及决定激光片光脉冲光强I的激光器输出功率P；并将各个参数输入计算机；(2)使用用于灰度统计判别查询的粒子图像速度场仪成像系统先后发射两束具有相同光强不同脉宽的激光片光脉冲照明待测流场，相机伴随激光脉冲进行两次曝光，获得一幅具有灰度差异的双曝光粒子图像，输入计算机；(3)针对不同流场特性采用合适的平滑和去噪数字图像处理技术对粒子图像作预处理，去除图像中的背景和其它噪声影响，改善图像质量；(4)对粒子图像作边缘检测，区分出图像上的各个不同粒子像点，同时获得粒子像点的位置信息x和y和面积大小S；再结合预处理后粒子图像获得各个粒子像点对应的灰度总和信息G；(5)将粒子图像划分成一定大小的查询小区域，以相同大小、相同灰度的粒子像点替换小区域内原有各粒子像点，对替换后的小区域作二维快速傅立叶变换，由变换获得的自相关峰值计算区域相对位移，结合小区域内各粒子两次曝光粒子像点灰度总和的比值与激光片光脉冲宽度比值的内在联系条件实现同一粒子两次曝光对应不同灰度粒子像点的配对；(6)通过前述获得的粒子图像速度场仪成像系统的各个参数，利用公式(a)，求得粒径求解系数k，根据粒子图像上各粒子配对的两粒子像点的不同灰度信息利用基于灰度差异判别的粒度求解公式(b)即可获得各个粒子的粒径信息；其中，K为相机曝光能量转化为图像灰度的系数、K_M为功率当量、a为粒子直径；G₁为第一次曝光粒子的灰度总和；G₂为第二次曝光粒子的灰度总和。