浙江大学热能工程研究所能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州 310027
针对标准/全场彩虹信号的反演处理，提出一种基于局部最小的通用性反演算法。该算法基于带修正系数的复角动量理论建立了带不等式约束的非线性最优化目标函数，并采用序列二次规划法对最优化目标函数进行迭代求解。反演前针对标准/全场彩虹信号进行不同的预处理，如去除高频结构、预估反演参数范围等。基于Lorentz-Mie理论对不同折射率和粒径分布（对数正态分布和正态分布）的液滴彩虹信号进行数值模拟，并对有/无粒径的预设分布进行反演，验证了该算法的有效性。结果表明：标准彩虹折射率反演最大绝对误差小于3×10-4，最大粒径相对误差为1.3%；各种工况下，全场彩虹反演折射率误差均小于1×10-4，平均粒径相对误差小于1.67%。最后对该算法进行了标准和全场彩虹实验数据的验证。
测量 彩虹折射技术 反演算法 非线性优化 折射率 粒径分布 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0529001
1 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室, 四川 绵阳 621000
2 浙江大学热能工程研究所能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
基于光线轨迹跟踪,提出一类内表面保形、外表面修正,且双侧窗口对称的异形面光学窗口设计方法,设计了异形面光学窗口。搭建异形面光学窗口实验系统,研究了通过光学窗口观测到的流场图像畸变特性及其修正方法,提出了二阶多项式成像畸变的修正模型,并对畸变图像进行修正。结果表明:平行光经过异形面光学窗口后有明显的偏折,导致亮度分布不均匀,存在亮带和暗斑;同时,使棋盘格标定板的图像发生平移、缩放和旋转,不同位置处的畸变特征不同。构建畸变图像修正模型,对畸变图像进行修正,修正后的图像与原图像基本重合,各角点坐标差值小于1 pixel(7.4 μm),说明修正模型具有较高的精度。异形面光学窗口的设计及修正模型的发展有助于获得精确的内转式进气道异形曲面的流道内部流场结构和流动特性。
图像处理 内转式进气道 异形面光学窗口 成像畸变 标定板 光学学报
2019, 39(12): 1211004
1 浙江大学热能工程研究所能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 浙江省能源集团有限公司, 浙江 杭州 310007
提出了一种基于结构光多频相移法的相位校正算法。基于相位梯度,建立可靠度判据,将煤块有效测量区域内的相位点分成两类,并依次对其进行校正。实验分析了所提结构光投影算法的适用性,并测量该算法的精度。实验结果表明,所提方法较好地解决了煤块表面形貌测量中无效相位点的问题。
成像系统 相位校正 多频相移 煤块 结构光测量 激光与光电子学进展
2019, 56(4): 041102
浙江大学能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
设计了一种基于全场彩虹测量技术的紧凑型彩虹折射仪。该折射仪采用笼式结构和全密封设计,光路的整体尺寸明显小于传统的彩虹光路,折射仪的尺寸为0.42 m×0.42 m×0.15 m。使用该彩虹折射仪对单组分液滴折射率、双组分液滴浓度进行了一系列实验测试。采用去离子水喷雾测试了折射仪的折射率测量精度,测量误差约为2×10
-4。测量了体积分数为0~100%的乙醇液滴的折射率,与文献数据进行了对比,并分析了误差来源。结果表明,所研发的紧凑式折射仪具有测量液滴折射率的功能,以及体积小、精度高的优点,适用于工业生产环境,在喷雾场测量中具有很好的应用前景。
测量 光学仪器设计 彩虹折射仪 喷雾液滴 折射率 激光与光电子学进展
2019, 56(10): 101201
浙江大学能源清洁利用国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
搭建了基于高速数字全息的燃烧颗粒测试系统。通过对全息图进行处理,观察了竹粉颗粒形貌变化和颗粒破碎等现象;验证了对颗粒三维轨迹追踪的可行性;比较了燃烧前后颗粒粒径分布和速度分布。重建结果展示了各种不同形貌竹粉颗粒的清晰图像。统计结果表明,燃烧后的小颗粒(粒径小于30 μm)数量增多,大颗粒(粒径大于50 μm)数量减少;径向速度分布范围变大;轴向速度整体增大,并出现双峰分布,与观察结果吻合较好。
全息 生物质颗粒 数字同轴全息 形貌与粒径 颗粒破碎 运动速度 激光与光电子学进展
2019, 56(10): 100901
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Lab of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2 CNRS UMR 6614/CORIA, Saint Etienne du Rouvray BP12 76801, France
Calibration of the relationship between the scattering angle and the CCD pixel is a key part of achieving accurate measurements of rainbow refractometry. A novel self-calibrated global rainbow refractometry system based on illumination by two lasers of different wavelengths is proposed. The angular calibration and refractive index measurement of two wavelengths can be completed simultaneously without extra measurement devices. The numerical and experimental results show the feasibility and high precision of the self-calibration method, which enables the rainbow refractometry to be implemented in a more powerful and convenient way. The self-calibrated rainbow system is successfully applied to measure the refractive indices of ethanol-water solutions with volume concentrations of 10% to 60%.
290.5820 Scattering measurements 120.4820 Optical systems 120.6780 Temperature 290.5820 Scattering measurements 290.3030 Index measurements Chinese Optics Letters
2017, 15(4): 042902
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2 UMR 6614/CORIA, CNRS, Normandie Université, BP12 76801 Saint Etienne du Rouvray, France
We propose a method for simultaneous 3D temperature and velocity measurement of a micro-flow field. The 3D temperature field is characterized with two-color laser-induced fluorescence particles which are tracked with micro-digital holographic particle tracking velocimetry. A diffraction-based model is applied to analyze defocused particles to determine the intensity ratio of two fluorescent dyes on the particle. The model is validated with experimental images. As the result shows that the intensity ratio nearly remains unchanged with respect to depth positions, defocused particles can be used as 3D temperature sensors. Numerical work is carried out to check the method, and 3D temperature and velocity field in a 120 μm×120 μm×80 μm test volume are retrieved.
280.6780 Temperature 280.7250 Velocimetry 050.1970 Diffractive optics Chinese Optics Letters
2015, 13(7): 072801
浙江大学能源清洁利用国家重点实验室， 浙江 杭州 310027
小颗粒物质在自然界广泛存在且在工业生产中具有重要应用，应用数字全息技术对其进行三维研究具有重要的科学意义及实用价值。系统地对数字颗粒全息技术及其应用进行了综述,具体包括基于光散射理论、衍射理论的颗粒全息图形成及其条纹特性，颗粒全息图的数字重建方法、颗粒识别、定位以及颗粒匹配，数字全息在颗粒场中测量颗粒粒径、三维位置、形貌和三维速度的应用。数字全息作为一种三维测量技术，在颗粒场测量中具有广阔的应用前景。
全息 三维重建 三维位置 粒径 三维速度 形貌
浙江大学能源清洁利用国家重点实验室， 浙江 杭州 310027
对高温复杂介质微纳米尺度含碳固体颗粒成分进行快速检测研究。以高纯氢气火焰中淮南烟煤未完全燃烧为例，采用高能脉冲激光束照射火焰中的碳粒子，提出多段式指数函数拟合不同尺度受热粒子激光诱导辐射光谱时域混合信号的方法，同时结合Kn数判断受热粒子所处的流动区域，确定燃煤氢气火焰中初始碳烟、成熟碳烟以及焦炭或未燃尽煤粒的平均粒径分别为7、25和3×103 nm。并根据不同火焰高度含碳颗粒成分的粒径与相对浓度变化，探索煤粉燃烧过程中微纳米尺度碳粒组分的演变特性。为高温复杂介质中超细颗粒物尺寸分布提供了一种快速、有效的检测手段。
信号处理 粒径 激光诱导辐射 多段式指数函数 煤粉 氢气火焰
