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基于光学法的水雾场流量与浓度测量方法研究

基于光学法的水雾场流量与浓度测量方法研究

引用

作者：马宝强河北工业大学

学位级别：硕士

随着科学的进步与社会的发展,喷嘴雾化技术越来越多地应用于消防、农业、工业、航空航天、医药行业等领域,准确测量水雾场流量和浓度具有十分重要的意义。由于液态雾场具有动态变化特性而不适于接触法进行测量,所以一般采用机械法或同... 详细信息

随着科学的进步与社会的发展,喷嘴雾化技术越来越多地应用于消防、农业、工业、航空航天、医药行业等领域,准确测量水雾场流量和浓度具有十分重要的意义。由于液态雾场具有动态变化特性而不适于接触法进行测量,所以一般采用机械法或同时辅助电学方法进行收集测量,如对水雾场流量分布测量一般采用试管收集法等简易方法;水雾场浓度分布测量一般采用量杯法或称重法。但是,这些方法实现在线实时测量比较困难,对研究水雾场特性带来了较大困难。为了能够有效解决水雾场流量分布和浓度分布测量在线实时测量难的问题,本文分别采用几何光学的折射原理和光谱学的散射原理,研究测量光路,并分别采用光电耦合器件和图像器件进行光电信号采集,通过计算机实时对信号处理,从而开发了水雾场流量分布测量样机,并对水雾场浓度分布搭建了实验系统和研究了图像处理方法,对水雾场流量分布和浓度分布实验结果进行了数据分析,得到了实验的预期效果。主要工作如下:1、根据几何光学折射定律,提出采用液位—时间差方法进行水雾场流量分布测量方案,在透明采样管阵列相同高度处布置光电传感器,独立采集水流注满采样管的时间,并转换为瞬时流量值,实现水雾场流量分布测量。2、开发了水雾场流量分布测试平台。设计加工了测试平台的采集和运动机构;以阵列式光电耦合器作为光源和传感器,制定了数据采集硬件方案;采用32位单片机开发了光电采集和运动控制电路板;完成了下位机和上位机软件设计。3、采用开发的样机,开展了水雾场流量分布实验,对不同型号喷嘴的水雾场流量分布结果进行了可视化显示和数据分析,得到了可行性结果。4、基于散射原理,采用单色片光源和图像采集系统开展了水雾场浓度分布测量方法的实验研究,并对采用数字图像方法处理的水雾场浓度计算结果、水雾场流量分布样机测量的结果进行了分析,通过对比水雾场流量分布和浓度分布实验结果,验证测量方法的实际效果。

关键词：水雾场折射散射液位-时间差流量浓度

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