[发明专利]一种基于偏焦距离定量标定的脱焦液滴尺寸测量方法

说明书

本发明一种基于偏焦距离定量标定的脱焦液滴尺寸测量方法，该方法通过实验获得脱焦液滴尺寸与真实液滴尺寸的规律，利用高速摄像机配合长焦显微镜头，拍摄不同直径D的挂滴在不同长焦显微的工作距离L下的清晰液滴图像及无液滴背景图像，调节电动位移台，只改变液滴前后位置获得不同脱焦距离ε下的液滴照片；将获得的液滴图像利用程序转化成灰度图像，获得液滴的灰度直径Dsubgt;g/subgt;及液滴两侧灰度梯度平均值K；通过拟合，得到L、D、ε和Dsubgt;g/subgt;、K间的函数关系；在具体标定时，由拍摄情况已知L和液滴灰度图，通过程序获得Dsubgt;g/subgt;和K；最后根据函数关系求得ε以及液滴真实粒径D。本发明实现了不同尺寸及放大倍数条件下脱焦液滴尺寸测量的真实数据的准确测量。

技术领域

本发明涉及一种液滴粒径的测量方法，具体涉及一种基于偏焦距离定量标定的脱焦液滴尺寸测量方法。

背景技术

液滴粒径的测量方法是研究液滴碰壁、液滴蒸发以及液滴燃烧等方向的基础。对于液滴粒径分布的采集和测量至关重要。而对于液滴碰壁、液滴蒸发以及液滴燃烧等方向的研究也是发动机缸内燃烧的重要阶段。真实发动机工况内产生的液滴其量级均为亚毫米级别的较小液滴，在实验研究中需要采用较高放大倍数的高速显微成像才能捕捉得到这种工况下清晰的液滴，而这种成像效果下的液滴由于高速显微成像的焦平面过窄导致部分运动状态的液滴极易脱离焦平面而导致测量不准，影响实验研究的可靠性。

现有技术的缺陷和不足：

1.现有对于液滴粒径的测量方法有很多，包括仿真程序以及商用软件对于液滴成像转化的灰度图的处理和测量。他们会通过液滴灰度图像达到的灰度阈值来判断是否为液滴边界，从而获得液滴粒径的数据。但这些方法对于略微脱离焦平面的液滴处理时由于脱焦液滴边界的灰度变化会产生一定的测量误差，影响实验的精准度。

2.高速显微成像作为一种具有高放大倍数的成像方法，能够捕捉到亚毫米级别的液滴，但这种成像效果由于焦平面过窄导致部分运动状态的液滴极易脱离焦平面而导致测量不准，影响实验研究的可靠性。

3.现有技术对于脱焦液滴成像的粒径测量的修正方法匮乏，这对于部分精准度要求较高的实验具有很大的挑战，给实验过程及数据处理带来巨大困难。

高速显微成像是一种利用高速摄像机(Phantom V611)配合长焦显微镜头(Questar QM1)形成的较大放大倍数的成像系统，它可以将较远距离的待观察目标显微放大，其焦距连续可调。长焦显微镜上部有一个备用端口用于增加光源装置，此外还有一个轴向端口，主要作用是与其他成像设备连接，通过调节聚焦螺杆可以观察不同远近位置的物体。在显微镜上部插入光源时，棱镜调节仪和放大调节仪用于辅助调光对焦。长焦显微镜的工作距离范围是530-1520mm，在成像系统设计过程中利用1mm标尺对距离显微镜头不同位置的1mm尺寸进行了标定，具体标定参数见表1。光路布置的难点在于显微成像液滴尺寸参数的精确测量与成像视窗范围控制的结合。当液滴与长焦显微镜头距离较远时，其放大倍数较小，视野范围较大。反之，距离镜头近时，放大倍数较大，视野范围变小。当高速摄像机视窗采用1280×800的分辨率时，可观察到的视野范围随液滴与长焦显微镜之间的距离变化有如下关系，见表2。

表1尺寸标定表

表2视野范围与距离的关系

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于偏焦距离定量标定的脱焦液滴尺寸测量方法，通过进行不同尺寸液滴脱焦情况的实验拍摄获得不同脱焦距离下以及不同放大倍数下液滴成像的灰度直径以及灰度梯度等信息，建立脱焦距离、液滴尺寸、放大倍数与灰度直径和灰度梯度的标定函数关系，从而实现不同尺寸及放大倍数条件下脱焦液滴尺寸测量的真实数据的准确测量，提供更加符合实际液滴大小、误差较小的修正方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：