[發(fā)明專利]基于激光干涉的非球形粗糙粒子形狀和尺寸測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810372404.1
• 申請(qǐng)日: 2018-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN108593528B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張紅霞;李姣;王曉磊;賈大功;劉鐵根;張以謨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/10
• 分類號(hào): G01N15/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明涉及一種基于激光干涉的非球形粗糙粒子形狀和尺寸測(cè)量方法，包括下列步驟：搭建激光干涉成像雙光路測(cè)量系統(tǒng)，用兩個(gè)CCD同時(shí)接收粒子散射光；對(duì)第一CCD記錄的聚焦像進(jìn)行圖像增強(qiáng)，獲得粒子的形狀信息；對(duì)第二CCD記錄的離焦像做2D自相關(guān)運(yùn)算得到離焦像的2D自相關(guān)圖像，尋找2D自相關(guān)圖像中心亮斑的最小尺寸方向確定粒子的最大尺寸和方向，并計(jì)算與其相垂直方向粒子的尺寸，根據(jù)離焦像2D自相關(guān)圖像與粒子尺寸之間的關(guān)系，確定粒子尺寸，最后獲得粒子的尺寸信息。綜合分析形狀信息和尺寸信息，給出不規(guī)則粒子形狀和尺寸的干涉成像測(cè)量結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體提出了基于激光干涉成像雙接收光路的非球形粗糙粒子形狀和尺寸的測(cè)量方法，屬于光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

粒子場(chǎng)參數(shù)測(cè)量遍及許多工業(yè)及研究領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、食品、化工、建材、冶金、機(jī)械、醫(yī)藥等。粒子在產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)、碰撞等過程中形狀會(huì)發(fā)生改變，不規(guī)則形狀的粒子廣泛存在于粒子場(chǎng)中影響著生產(chǎn)生活、工業(yè)制造等，因此對(duì)非球形粒子的研究也具有重要意義。激光干涉成像是一種實(shí)時(shí)、快速、非接觸的粒子測(cè)量技術(shù)，該技術(shù)對(duì)球形粒子的研究已經(jīng)比較成熟。但非球形粗糙粒子的散射光特性也包含其形狀和尺寸信息，因此激光干涉成像技術(shù)是獲取非球形粗糙粒子形狀和尺寸信息的一種有效方法。

對(duì)于非球形粒子的研究，專利CN105866013A公開了一種基于兩幅激光干涉成像離焦干涉圖的球形粒子判別系統(tǒng)及方法。該方法利用激光干涉成像原理用兩個(gè)CCD同步工作,分別接收偏振方向和與入射光相同和垂直的粒子散射光的離焦干涉圖,利用起偏器、檢偏器調(diào)節(jié)散射光偏振方向與入射光偏振方向的角度,根據(jù)兩幅圖像的差異實(shí)現(xiàn)對(duì)球形粒子的判別測(cè)量,從而得出粒子是否為球形的結(jié)論。專利CN106092859A公開了一種基于激光干涉成像和同軸全息的粒子形狀判別系統(tǒng)及方法。該方法搭建了激光干涉成像和同軸全息成像雙光路系統(tǒng)。利用片狀激光束照明粒子，通過觀察粒子散射光在離焦像面形成到的不同干涉條紋圖推斷粒子的形狀。另一光路系統(tǒng)獲得發(fā)生干涉粒子的同軸全息圖并且對(duì)全息圖進(jìn)行重建得到粒子的輪廓。然后將全息重建圖與對(duì)應(yīng)的粒子干涉條紋圖進(jìn)行匹配得到準(zhǔn)確的粒子形狀判斷結(jié)果。專利CN104807738A公開了一種單氣溶膠粒子實(shí)時(shí)檢測(cè)方法和檢測(cè)裝置，通過同步采集大氣中單個(gè)氣溶膠粒子的前向和側(cè)向散射圖樣進(jìn)行分析處理，能夠判別粒徑小于2.5μm的粒子形狀。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種提供非球形粗糙粒子形狀和尺寸的測(cè)量方法，利用雙光路系統(tǒng)采集到的粒子的聚焦像和離焦散斑圖像實(shí)現(xiàn)對(duì)粗糙粒子形狀的判斷和尺寸的測(cè)量。本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下：

一種基于激光干涉的非球形粗糙粒子形狀和尺寸測(cè)量方法，包括下列步驟：

i、搭建激光干涉成像雙光路測(cè)量系統(tǒng)，用兩個(gè)CCD同時(shí)接收粒子散射光，第一CCD位于成像系統(tǒng)的聚焦像面，接收粒子的聚焦像，第二CCD位于成像系統(tǒng)的離焦像面，接收粒子的干涉離焦像；

ii、對(duì)第一CCD記錄的聚焦像進(jìn)行圖像增強(qiáng)，獲得粒子的形狀信息；對(duì)第二CCD記錄的離焦像做2D自相關(guān)運(yùn)算得到離焦像的2D自相關(guān)圖像，尋找2D自相關(guān)圖像中心亮斑的最小尺寸方向確定粒子的最大尺寸和方向，并計(jì)算與其相垂直方向粒子的尺寸，根據(jù)離焦像2D自相關(guān)圖像與粒子尺寸之間的關(guān)系，確定粒子尺寸，最后獲得粒子的尺寸信息；

iii、綜合分析形狀信息和尺寸信息，給出不規(guī)則粒子形狀和尺寸的干涉成像測(cè)量結(jié)果。

優(yōu)選地，激光器發(fā)射的光經(jīng)過擴(kuò)束針孔濾波后再經(jīng)過凸凹兩個(gè)柱透鏡壓縮后成為片狀光束照射到粗糙粒子上，在90°散射角下通過第一CCD收集其散射光，散射光經(jīng)過分束后由第二CCD收集，從而分別得到聚焦圖像和離焦圖像。

本發(fā)明利用激光干涉成像原理用兩個(gè)CCD同步工作分別采集粒子特定散射角下散射光的聚焦圖像和離焦圖像，通過對(duì)聚焦圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)可得到粒子的形狀信息，通過對(duì)離焦圖像做2D自相關(guān)運(yùn)算并根據(jù)2D自相關(guān)峰中心寬度與粒子尺寸之間的關(guān)系得到粒子的尺寸信息。此方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子場(chǎng)信息更加準(zhǔn)確的描述。