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原文传递一种用于测量径向梯度分布液滴尺寸变化的差分相位干涉成像方法及装置

专利名称：	一种用于测量径向梯度分布液滴尺寸变化的差分相位干涉成像方法及装置
摘要：	本发明公开了一种用于测量径向梯度分布液滴尺寸变化的差分相位干涉成像方法：记录前向和后向散射光信号、反演液滴粒径、从记录的前向和后向散射光信号中减去与主要光散射对应的直流分量以获得前向和后向干涉条纹、分别计算前向和后向干涉条纹的相移、最后根据相移差异和粒径变化的线性关系计算出对应的粒径变化和蒸发速率。本发明还公开了一种差分相位干涉成像装置：喷雾系统、激光发射单元、信号采集单元和信号处理单元。该方法及装置实现了对径向梯度分布液滴粒径及变化、蒸发率等参数的同时测量，从而分析液滴蒸发动力学过程，实现喷雾冷却、液滴燃烧等过程的在线测量；测得的液滴粒径变化还可以用于计算瞬时蒸发速率。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江大学
发明人：	吴迎春;吴学成;陈玲红;高翔;岑可法
专利状态：	有效
申请日期：	2021-11-09T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-11T00:00:00+0800
申请号：	CN202111317638.4
公开号：	CN114166702A
代理机构：	杭州天勤知识产权代理有限公司
代理人：	白静兰
分类号：	G01N15/02;G;G01;G01N;G01N15;G01N15/02
申请人地址：	310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
主权项：	1.一种用于测量径向梯度分布液滴尺寸变化的差分相位干涉成像方法，包括以下步骤： (1)使用激光器标定前向与后向相机像素与测量点散射角之间的关系； (2)单个液滴在片光源内运动，前向散射光和后向彩虹散射的光信号通过成像系统被相机记录，得到时间分辨的前向散射条纹图和后向彩虹条纹图； (3)从步骤(2)得到的前向散射条纹图和后向彩虹条纹图中选取一对散射光信号进行反演，得到液滴的粒径； (4)对步骤(2)记录的前向射光信号过滤掉光散射过程相对应的直流分量，获得前向高频干涉条纹；从后向彩虹散射光信号中滤波，过滤掉低频艾里彩虹分量，获得后向高频纹波干涉条纹； (5)测量前向高频干涉条纹和后向高频纹波干涉条纹的相移，根据相移差异和粒径变化的线性关系，计算得到粒径变化大小ΔD； (6)根据粒径D和时间间隔Δt内的粒径变化ΔD计算蒸发速率。 2.根据权利要求1所述的用于测量径向梯度分布液滴尺寸变化的差分相位干涉成像方法，其特征在于，所述步骤(2)中片光源偏振方向为竖直方向且竖直偏振，且液滴竖直方向上运动，记录前向与后向散射光的相机布置在同一水平面上，其中前向散射光角度为后向彩虹散射光所对应的透射光的角度。 3.根据权利要求1所述的用于测量径向梯度分布液滴尺寸变化的差分相位干涉成像方法，其特征在于，所述步骤(3)中前向散射光信号和后向彩虹信号反演的步骤为：根据散射光信号中条纹的频率计算液滴尺寸。 4.根据权利要求1所述的用于测量径向梯度分布液滴尺寸变化的差分相位干涉成像方法，其特征在于，所述步骤(5)中相移差异和粒径变化的线性关系为：其中λ为波长，θ1和θ3分别为引起前向散射条纹的一阶透射光和外部反射光的入射角，θ4为引起后向彩虹条纹的外部反射光的入射角，为二倍前向光程差与后向光程差之间的差值对应的相位差。 5.根据权利要求1所述的用于测量径向梯度分布液滴尺寸变化的差分相位干涉成像方法，其特征在于，所述步骤(6)中蒸发速率的计算公式为：其中，D为粒径，ΔD为时间间隔Δt内的粒径变化，O(ΔD2)为ΔD2二阶小量。 6.一种用于权利要求1所述差分相位干涉成像方法的用于测量径向梯度分布液滴尺寸变化的差分相位干涉成像装置，其特征在于，所述差分相位干涉成像装置包括喷雾系统、激光发射单元、信号采集单元、信号处理单元；所述喷雾系统产生单个液滴，液滴用激光发射单元产生的片光源进行照射；所述信号采集单元在液滴的前向和后向位置收集并记录液滴场散射的光信号，分别得到前向散射条纹图和后向彩虹条纹图；所述信号处理单元连接于信号采集单元之后，用于前向散射条纹图和后向彩虹条纹图的处理。 7.根据权利要求5所述的用于测量径向梯度分布液滴尺寸变化的差分相位干涉成像装置，其特征在于，所述的信号采集单元分别在前向和后向位置收集液滴场的散射光信号；每个部分包括球面透镜和线阵相机；线阵相机放置于球面透镜的焦平面上，前向/后向散射光信号通过球面透镜进行收集并投射到线阵相机的感光芯片上记录。
所属类别：	发明专利