數(shù)字全息粒子圖像測(cè)速技術(shù)(DHPIV)在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)中的應(yīng)用.pdf

1、數(shù)字全息(DH)與粒子圖像測(cè)速技術(shù)(PIV)相結(jié)合的數(shù)字全息粒子圖像測(cè)速技術(shù)(DHPIV)可以一次性采集目標(biāo)場(chǎng)的瞬間全場(chǎng)信息,能夠利用簡(jiǎn)單裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)三維流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量,是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ牧鲌?chǎng)測(cè)量技術(shù),可以用于各種復(fù)雜流場(chǎng)的測(cè)試,如發(fā)動(dòng)機(jī)噴霧場(chǎng),汽車空氣動(dòng)力流場(chǎng)等。但目前該技術(shù)用于流場(chǎng)測(cè)試仍存在以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題尚未解決,如粒子沿光學(xué)軸坐標(biāo)(即焦平面)定位精度不高、外加干擾影響全息圖及重建像質(zhì)量、粒子配對(duì)率小等,這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了該技

2、術(shù)的工程實(shí)際應(yīng)用。
　　本研究針對(duì)數(shù)字全息中目標(biāo)焦平面的精確定位問(wèn)題,在傳統(tǒng)邊緣灰度梯度法的基礎(chǔ)上,提出了全局灰度梯度法,進(jìn)而結(jié)合上述兩種方法得到了綜合灰度梯度法。利用模擬粒子數(shù)字全息圖進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究對(duì)比,討論了邊緣灰梯度法和全局灰梯度法各自的最佳適用范圍。前者適用于大尺寸粒子和近距離情況,而后者在小尺寸粒子和大物距的情況下會(huì)得到比較好的焦平面位置。最后將綜合灰度梯度法具體應(yīng)用于不同條件下的標(biāo)準(zhǔn)粒子靶面目標(biāo),結(jié)果均能有效地獲

3、得不同粒子的高精度焦平面位置。
　　為了進(jìn)一步提高綜合灰度梯度法的定位精度,本文研究了四種常見(jiàn)的數(shù)字濾波器。均值濾波器在提高圖像質(zhì)量的同時(shí)也造成了目標(biāo)圖像某些細(xì)節(jié)信息的丟失。最小值濾波器雖然能夠提高圖像質(zhì)量,但也增加了噪音成分。維納濾波則由于很難估算出信噪比而影響了濾波的效果。而約束最小二乘方濾波器不僅能克服上述濾波方法的缺陷而明顯優(yōu)于其他三種濾波器。通過(guò)分別將濾波器應(yīng)用到全息圖和重建像當(dāng)中,得出約束最小二乘方濾波器對(duì)重建圖進(jìn)行后

4、處理濾波時(shí)能夠提高綜合灰度梯度法的定位精度,對(duì)全息圖進(jìn)行前處理濾波時(shí)反而影響定位的精度。最后將約束最小二乘方濾波器應(yīng)用于典型目標(biāo)場(chǎng)全息圖的重建圖后處理當(dāng)中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該濾波器對(duì)提高綜合灰度梯度法的定位精度具有很強(qiáng)的有效性。
　　為了對(duì)上述研究結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證,我們將該研究結(jié)果應(yīng)用于典型定常流場(chǎng)—旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)的測(cè)量中。利用三維互相關(guān)算法,獲得了可視化旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)的速度向量場(chǎng),并與經(jīng)典理論模型進(jìn)行比較,實(shí)驗(yàn)證明測(cè)量結(jié)果與理論模型具有很好的相符度