[發(fā)明專(zhuān)利]干涉粒子成像系統(tǒng)采樣區(qū)內(nèi)粒子的判別方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610022105.6
• 申請(qǐng)日: 2016-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105547945A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張紅霞;劉京;賈大功;劉鐵根;張以謨
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N15/06
• 分類(lèi)號(hào): G01N15/06;G01N15/02
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 李益書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種判別粒子是否在離焦成像系統(tǒng)采樣區(qū)內(nèi)的方法，特別是應(yīng)用于干 涉粒子成像系統(tǒng)，屬于光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

干涉粒子成像(IPI)技術(shù)廣泛應(yīng)用于粒子場(chǎng)測(cè)量，其基本原理是片狀激光束照射 球形粒子，粒子發(fā)生散射，在粒子離焦像面上形成干涉條紋圖，通過(guò)測(cè)量干涉條紋圖樣的中 心位置可以得到粒子的位置信息，通過(guò)計(jì)算干涉條紋頻率可以得到粒子尺寸信息。IPI系統(tǒng) 是離焦成像系統(tǒng)，像面位于離焦位置，即物面上的點(diǎn)均不能在像面上成清晰像；IPI系統(tǒng)是 物面傾斜成像系統(tǒng)，物面上不同位置的放大倍率不同，若采用CCD圖像傳感器作為成像器 件，IPI系統(tǒng)的采樣區(qū)域是片狀激光束照明區(qū)域與受CCD靶面尺寸限制的物空間成像范圍交 集區(qū)域。

對(duì)于粒子場(chǎng)測(cè)量，粒子的濃度、粒子數(shù)密度等是很重要的信息，而想要測(cè)量這些信 息首先需要知道粒子的采樣區(qū)域，然后判斷粒子是否在采樣區(qū)內(nèi)，因?yàn)樵贑CD靶面上成像的 并非只有采樣區(qū)內(nèi)的粒子，采樣區(qū)外的粒子受雜散光影響也可能在CCD靶面上成像。所以判 別粒子是否在IPI系統(tǒng)采樣區(qū)內(nèi)的方法至關(guān)重要，到目前為止，判別粒子是否在IPI系統(tǒng)采 樣區(qū)內(nèi)的方法還沒(méi)有被提出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種判別粒子是否在干涉粒子成像系統(tǒng)采樣區(qū)域的方法，利用這一方 法可以區(qū)分采樣區(qū)內(nèi)和采樣區(qū)外的粒子。該發(fā)明為計(jì)算粒子場(chǎng)中粒子的濃度、粒子數(shù)密度 提供有力的依據(jù)。

本發(fā)明提出的干涉粒子成像系統(tǒng)采樣區(qū)內(nèi)粒子的判別方法的步驟如下：

第1、理論推導(dǎo)片狀激光束照明區(qū)域內(nèi)干涉條紋圖尺寸范圍Φ_{t_min}～Φ_{t_max}。干涉 條紋圖尺寸計(jì)算公式如下

Φt=2g tan(w/2)β·Δx---(1)]]>

其中，g表示離焦距，w表示系統(tǒng)收集角，β表示放大倍率，Δx表示CCD圖像傳感器像 元尺寸。

由于物面上不同位置的放大倍率不同，所以CCD靶面上不同位置形成的干涉條紋 圖尺寸不同。

第2、搭建干涉粒子成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在某一系統(tǒng)離焦距g處采集干涉粒子條紋圖像， 處理圖像得到實(shí)際干涉條紋圖尺寸Φ_e。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由半導(dǎo)體激光器、空間濾波器、準(zhǔn)直透鏡、柱透鏡組、放在樣品池去離子 水中的標(biāo)準(zhǔn)球形粒子、成像鏡頭和CCD圖像傳感器組成。半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光通過(guò)空間濾 波器，去除雜散光影響，同時(shí)擴(kuò)束，然后經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡將發(fā)散光束準(zhǔn)直成平行光，平行光束 經(jīng)過(guò)柱透鏡組，將截面為圓形的光束一維壓縮，壓縮成片狀激光束照射粒子場(chǎng)，粒子放在樣 品池中的去離子水中。使用成像鏡頭收集粒子散射光，利用位于離焦像面上的CCD圖像傳感 器采集粒子干涉條紋圖。

第3、根據(jù)CCD靶面上不同位置處干涉條紋圖的尺寸范圍，判斷粒子是否在采樣區(qū) 內(nèi)，若Φ_{t_min}＜Φ_e＜Φ_{t_max}，則粒子在采樣區(qū)內(nèi)，否則粒子不在采樣區(qū)內(nèi)。

第4、采集多幅圖像，重復(fù)第2步到第3步，判斷每個(gè)粒子是否在采樣區(qū)內(nèi)，記錄實(shí)驗(yàn) 結(jié)果，統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

第5、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算粒子場(chǎng)信息，比如粒子數(shù)密度。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

本發(fā)明為判別粒子是否在干涉粒子成像系統(tǒng)采樣區(qū)內(nèi)提供了一種新的方法，為粒 子的濃度、粒子數(shù)密度的測(cè)量提供有力依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的算法流程圖。