Разработка и расчет оптико-электронных систем диагностики потоков жидкости и газа

• Автор: Имшенецкий, Александр Ильич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

1 ПРИНЦИП РАБОТЫ КОЛАР СИСТЕМ

1.1 Анализ рефракционных методов

1.2 Теория КОЛАР метода

1.3 Требования к источникам излучения

1.4 Требования к приемникам излучения

1.5 Требования к компьютеру и программным средствам

1.6 Выводы по первой главе

2 РАСЧЕТ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ФОРМИРОВАНИЯ ЛАЗЕРНОЙ

ПЛОСКОСТИ

2.1 Оптические системы формирования лазерной плоскости

2.2 Расчет оптической системы формирования ЛП

2.2.1 Однолинзовая оптическая система
2.2.2 Двухлинзовая оптическая система
2.3 Программная реализация алгоритма расчета лазерной плоскости
2.3.1 Программа Laser Sheet
2.3.2 Методика расчета параметров оптической системы с помощью программы LaserSheet
2.3.3 Тестирование программы LASER SHEET
2.4 Выводы к главе
3 ВЫБОР ПРИЕМНОЙ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ
3.1 Анализ характеристик цифровых фотоприемных систем
3.1.1 Общие сведения
3.1.2 Чувствительность ПЗС
3.2 Выбор цифровых фотоприемных систем
3.2.1 Методика тестирования
3.2.2 Результаты визуального сравнения
3.3 Выводы к главе

4 АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ ОБРАБОТКИ РЕФРАКЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
4.1 Анализ методов и алгоритмов обработки дискретных/цифровых
изображений
4.1.1 Обработка изображений, предназначенных для зрительного восприятия или автоматического анализа
4.1.2 Алгоритмы обработки изображений
4.2 Программное обеспечение для обработки рефракционных картин
4.2.1 Блок определения центра лазерного пучка программы Image Center
4.2.2 Блок определение профиля лазерной плоскости программы
Image Center
4.2.3 Алгоритм и программная реализация определения уширения лазерной плоскости Width Measure
4.3 Выводы к главе
5 ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛАР СИСТЕМ
5.1 Определение центра лазерного пучка
5.1.1 Влияние смещения центра лазерного пучка на точность
^ определения его центра
5.1.2 Влияние радиуса лазерного пучка на точность определения его центра
5.1.3 Влияние шумов на точность определения центра лазерного пучка
5.1.4 Рекомендации к проведению экспериментов
5.1.5 Примеры обработки экспериментальных изображений в программе
5.2 Определение смещения ЛПл
5.3 Определение толщины лазерной плоскости
5.3.1 Понятие времени перемешивания
5.3.2 Результаты обработки рефракционных картин
5.3.3 Метод двух скрещенных лазерных плоскостей
5.4 Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность проблемы
Оптические методы исследования аэрогидродинамических потоков относятся к старейшим методам [1 - 3], без которых были бы невозможными современные достижения в аэрогидродинамике. Несмотря на большие успехи численных методов решения задач механики жидкости и газа экспериментальные оптические методы не утратили своего значения, особенно при проверке гипотез, заложенных в основу моделирования.
Для исследования потоков современная гидроаэродинамика располагает обширным арсеналом оптических методов, основанных на использовании различных физических эффектов: рассеяния света на частицах, эффекта Доплера, эффекта рефракции и других [1,4-9]. На базе этих методов были разработаны различные оптико-электронные системы диагностики потоков. В настоящее время наибольшее распространение получили теневые приборы для исследования ударных волн в аэродинамике и лазерные доплеровские анемометры, предназначенные для локальной диагностики скоростной структуры потоков [4, 5].
Например, в задачах теплопередачи для визуализации температурного поля можно использовать зависимость показателя преломления от температуры [2]. По сравнению с другими методами измерения оптические методы здесь обладают значительными преимуществами. Прежде всего, эти измерения не искажают температурного поля, поскольку в большинстве случаев энергия, поглощаемая средой, мала по сравнению с энергией, передаваемой в процессе теплообмена. Кроме того, оптические методы практически не имеют инерционных погрешностей, что позволяет выполнять точные измерения быстропротекающих процессов. Это преимущество достигается благодаря возможности регистрации всего температурного поля на одной фотографии. Такие измерения часто обеспечивают более высокую

/(*)= н-о, - 1 + Г-+ + йг -7|"^| /-Л . (37)
V V Д01
На рисунке 17 представлена зависимость толщины ЛП от расстояния г. Можно сделать вывод, что толщина лазерной плоскости практически постоянная, но недостатком данной схемы является то, что как видно из графика толщину можно изменять только изменяя диаметр пучка на выходе лазера (аналогично однолинзовой системе).
tt мм ~
2,2 2 1,8 1,6
1.4 1,2
О 0,5 1 1,5 г,м
Рисунок 17 - Зависимость толщины лазерной плоскости I от расстояния г
Используя формулу (28) построим зависимость плотности мощности от расстояния г. Результаты расчета представлены на рисунке 18.
Л(01 = 1,1 мм
Л/01 = 1,5 мм
*ЛГ01 = 2,2 мм