數字顆粒全息三維測量技術及其應用.pdf

1、多相流在能源等工業(yè)生產中具有廣泛應用，深入了解多相流機理有賴于對多相流中顆粒相的三維定量測量。全息術是一種真正的三維照相技術，在三維測量中具有巨大的潛力，應用數字全息技術對顆粒流場進行三維測量研究具有重要的科學意義及實用價值。針對數字顆粒全息同時測量瞬態(tài)顆粒場的三維位置、粒徑形貌、三維速度甚至旋轉特性進行了系統(tǒng)的理論分析、數值模擬和實驗研究。
　　在顆粒全息理論上，基于廣義米散射理論，建立了橢圓高斯波束入射下多顆粒、任意角度的數字

2、顆粒全息模型，發(fā)現(xiàn)了顆粒全息圖條紋具有同心橢圓環(huán)、同心圓環(huán)、馬鞍形雙曲線和平行條紋四種典型的條紋結構，應用德拜級數揭示了近場下透明球形顆粒的側向全息圖具有雙圓環(huán)結構的形成機理。應用矩陣光學，建立了具有透鏡成像系統(tǒng)的顆粒同軸全息圖模型，獲得了聚焦、離焦甚至象散成像系統(tǒng)中顆粒的全息特性，該模型可以用于描述如圓管等曲面容器內顆粒全息測量系統(tǒng)。結合顆粒光散射與ABCD矩陣光學，提出了聯(lián)合光散射與光衍射的任意方向上、具有透鏡成像系統(tǒng)的顆粒光學成像

3、測量系統(tǒng)模型。
　　在顆粒全患圖信息處理上，通過在傳統(tǒng)對稱重建核函數上增加相位補償的重建因子，提出了改進卷積重建算法與非對稱小波重建算法，重建具有象散的橢圓高斯激光光束照射下的顆粒全息圖;對比研究發(fā)現(xiàn)，基于小波域內亮度梯度局部方差方法能有效定位重建的氣相、固相和液相顆粒。發(fā)現(xiàn)在DHPTV的兩幀顆粒全息圖中，重建顆粒聚焦曲線在z軸上具有空間相關性，提出了利用聚焦曲線的空域互相關直接獲取顆粒三維速度，從而避免顆粒z軸定位誤差而引起三維

4、速度誤差;指出了DHPTV測量非球形顆粒旋轉時，顆粒尺寸、速度、旋轉速度需滿足的關系式，旋轉速度可以通過重建顆粒圖像的形貌特征點匹配技術來測量。
　　構建了數字顆粒全息測量系統(tǒng)，系統(tǒng)標定結果表明，該系統(tǒng)能夠準確測量顆粒形貌粒徑，在80.0mm到240.0mm范圍內的顆粒定位絕對誤差小于500μm，相對誤差小于2.5％，z軸位移誤差平均值約50μm，位移相對誤差為10％左右。采用CPU+GPU異構并行重建全患圖，處理速度提高了15倍