[发明专利]一种大气云雾场颗粒探测与粒径测量的方法与装置

说明书

本发明公开了一种大气云雾场颗粒探测与粒径测量的方法：使用平行光束照射颗粒探测区域，当颗粒穿过颗粒探测区域时，被平行光束照射的颗粒产生颗粒散射光；颗粒散射光和平行光束的一部分进入数字相机，颗粒散射光的另一部分触发光电探测器产生脉冲触发信号；平行光束的另一部分被收集；根据脉冲触发信号控制数字相机记录颗粒全息图；重建颗粒全息图获得颗粒的聚焦图像，根据聚焦图像获得颗粒粒径信息。本发明还公开了一种采用上述方法的装置：颗粒探测与全息拍摄系统、颗粒探测与全息拍摄系统和控制与数据处理系统。本发明提供的方法及装置极大提高了颗粒采样与测量效率。

技术领域

本发明涉及多相流颗粒测量，具体涉及一种用于风力机大气云雾场颗粒探测与粒径测量的方法与装置。

背景技术

大气云雾场与自然界和工业中的诸多领域都有着十分密切的联系，自然界中如大气环境气象探测，工业中如风力发电、飞行器飞行等。以风力发电为例，风场中的液滴颗粒对风力机叶片结冰有重要的影响。比如某些高纬度高海拔地区温度低，湿度大，风力发电机组在这些地区很容易结冰，对其叶片的完整性造成了很大的影响，从而大大降低了机组的运行性能和发电效率。另外，结冰还会造成叶片负载不均衡从而对机组的运行安全性造成严重危害，减少了机组的使用寿命。所以风力发电机结冰成为了风电行业一个迫在眉睫的问题。

目前国内外对结冰情况的监测主要是通过判断风力发电机组的叶片转速情况又或结合功率参数进行判断的，比如公布号为CN 108223307 A的发明专利，它便是通过测取当前风速和机组转速并与预设风速阈值和转速阈值进行比较判断风力发电机组结冰情况。这类技术的不足之处在于其无法在风力发电机结冰前做出相应的防控措施，只能等到转速和功率下降时才能做出相应的判断。我们希望可以通过分析风力发电机组结冰的气象原因进而在机组结冰前采取相应措施，这样便可以最大程度降低结冰对于风力发电机机组的运行影响。

风力机结冰主要是气温在冰点温度以下，由冷冻的细雨、湿雪或结冰雾、云、霜等水汽凝结物沉积形成。概括地，可分为冻雾覆冰和降雨型结冰。其中，液态水含量和水滴中值体积直径是结冰气候条件的两个重要参数。低空云、雾中的液态水含量一般小于0.3g/m3。水滴中值体积直径是一个代表性的数值，该值将云雾中的小水滴分成数量相等的两部分。对积云和层云，水滴中值体积直径一般在10～50μ m之间；雾的水滴中值体积直径一般是15～50μm。研究表明，地面常见结冰气象条件的典型水滴中值体积直径为25μm左右。这些不同的颗粒参数会对结冰情况产生直接的影响。对于不同结冰情况需要采取相应的除冰措施，因此需要对风力发电机区域的空气颗粒粒径大小以及数量和分布情况进行监测分析，为后续风力发电机的结冰分析提供数据依据。

而对于风力机风场此类稀疏颗粒场测量时，若采用数字相机自由曝光照相模式，采样效率低下，不利于后期数据处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大气云雾颗粒粒径全息实时测量的方法及装置；本发明提供的方法及装置极大提高了颗粒采样与测量效率。

本发明为实现上述目的，采用的具体技术方案如下。

一种大气云雾场颗粒探测与粒径测量的方法，包括以下步骤：

(1)使用平行光束照射颗粒探测区域，当颗粒穿过颗粒探测区域时，被平行光束照射的颗粒产生颗粒散射光；

(2)颗粒散射光和平行光束的一部分进入数字相机，颗粒散射光的另一部分触发光电探测器产生脉冲触发信号；平行光束的另一部分被收集。

(3)根据步骤(2)得到的脉冲触发信号控制数字相机记录颗粒全息图；

(4)重建从步骤(3)得到的颗粒全息图获得颗粒的聚焦图像，根据聚焦图像获得颗粒粒径信息。

在步骤(4)中，根据聚焦图像获得颗粒粒径信息的方法为：