[发明专利]一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法

说明书

本发明公开了一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法，属于碳烟微粒结构分析领域。本发明对于拍摄后的HRTEM图像，通过Matlab软件进行处理，提取碳烟微纳结构特征参数，具体包括以下步骤：选取研究区域、直方图均衡化、高斯低通滤波、底帽变换、二值化、骨架化、额外的形态学操作，最终通过计算提取碳烟微纳结构特征参数：微晶长度L、微晶曲率T、层间距D。本发明的分析方法，自动选取方向近似的条纹，和手动计算相比，提高了运算速度，防止遗漏较大分离间距的微晶条纹，且并不影响实际结果的准确性。

技术领域

本发明属于碳烟微粒结构分析领域，更具体地说，涉及一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法。

背景技术

目前，我国能源消费的最主要来源是碳氢燃料，而燃烧是人类利用能源的主要手段之一，燃烧排出的碳烟微粒对环境和人类健康的影响越来越受到关注，世界各国对碳烟微粒的排放也都制定了相关的政策。深入理解碳烟微粒在燃烧过程中的生成、演化机理，对控制污染物的排放具有重要作用，从而在原理方面提出相应的控制策略，以实现低碳烟微粒排放。目前，国内外学者对碳烟颗粒的形成机理方面做了大量的工作，取得了不错的进展，但研究重点还是主要集中在微粒的宏观表现，如质量、形成方式、组成等，对微观、纳观结构尺寸下的微粒微观结构研究不多。研究表明，碳烟颗粒的微观结构和氧化特性有着密切的关系，研究碳烟颗粒的微纳结构特性，对了解碳烟颗粒的生成机理有着重要意义。

Vander Wal等人使用Matlab语言进行处理得到微粒微观结构特征参数，但是利用该算法进行计算时，发现采用负相变换以及顶帽变换时会遗失一些微晶条纹的信息，这就带来了较大的误差，并且同时避免了移除对感兴趣区域边界元素的这一步(Yehliu K,WalR L V,AndréL.Boehman.Development of an HRTEM image analysis method toquantify carbon nanostructure[J].CombustionFlame,2011,158(9):1837-1851.)。

再如专利申请号为2010101021011的发明创造，该申请案公开了一种对柴油机排放颗粒物微观结构特征自动定量评价方法，自动定量评价柴油机排放颗粒物微晶碳层上每条微晶碳层的长度、微粒微观结构中相邻两个微晶碳层的垂直距离、以及微晶尺寸与此微晶碳层两端像素点间直线距离的比值，这3个微观结构特性参数。方法包括四大步骤：即样品前处理；微粒微观形貌图像的获取：对获取微粒微观形貌的图像进行数学变换处理：和柴油机排放颗粒物微观结构特征参数的提取和计算。采用了图像Gabor滤波法、局部阀值法、改进的OPTA法等对微粒微观结构特征3个参数进行了提取，以评价微粒微观结构特征，但是该方法手动选择条纹，然后再自动计算层间距，处理效率大大降低，且手动选取不易控制。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法，自动选取方向近似的条纹，提高了运算速度，防止遗漏较大分离间距的微晶条纹，且不影响实际结果的准确性。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟微纳结构的分析方法，利用Matlab软件处理HRTEM图像，提取碳烟颗粒的微晶长度L、微晶曲率T和碳层间距D这3个微纳结构特性参数，包括以下步骤：

步骤一、用高分辨透射电镜获取碳氢燃料同轴扩散火焰碳烟颗粒的原始HRTEM图像；

步骤二、使用Matlab软件对步骤一中的图像进行处理，具体包括以下步骤：

(1)选取研究区域；

(2)直方图均衡化；

(3)高斯低通滤波，滤波函数如下：