后向散射法测量蒸汽参数的CCD相机接收角优化

为了揭示汽轮机内湿蒸汽的具体参数和实现汽轮机湿蒸汽参数的有效测量,对基于后向散射法及联合CCD相机成像的湿蒸汽参数测量模型,提出了新的CCD相机接收角度,分析了不同散射角度对散射比的影响。结果表明,当散射光接收角度为后向7°时,可获取到最佳的散射比,此时信噪比最强,为最合适的接收角度。通过对后向7°角的散射光强在不同尺度分布参数K、水滴群的质量中间半径r-0.5、水滴数密度N下所呈现的变化规律进行分析验证,结果表明后向7°角的散射光强变化趋势与理论变化相吻合,从而为后向散射法测量湿蒸汽参数的研究提供依据。     

基于激光后向散射测量蒸汽湿度的仿真研究

为了研究测量湿蒸汽特性对汽轮机组正常运行的影响,采用了一种利用激光后向散射原理及联合CCD成像原理来测量湿蒸汽的新方法,得到湿蒸汽直径相关参量的测量结果。结果表明,通过仿真得到了尺寸参量、接收角度等参量对后向散射光强的影响,以及一些参量的最佳取值范围;当接收角度为180°和接收距离为0.5m时,能够得到较高的散射比例。这为实际测量提供了一定的参考依据。     

基于激光的后向角散射法测量蒸汽湿度

为了能够更加准确地测量出汽轮机末级蒸汽湿度,为锅炉给水量提供依据,促进汽轮机内部除湿技术的发展,本文采用后向角散射法的思路设计湿蒸汽参数测量模型,并对该模型所需物理量的计算方法进行了详细的研究,为后向散射法测量蒸汽湿度的研究提供参考。通过定性分析各个参数对水滴群散射光强分布的影响,提出以后向150°作为采光角,并对其进行仿真模拟,得到了散射光光强与蒸汽湿度参数有关。在此基础上通过反演寻优得到了稳定工况与变工况条件下的蒸汽湿度。该研究对光散射法测量蒸汽湿度的实验分析是有帮助的。     

人工雾的激光退偏振特性

分别测量了入射光偏振方向垂直散射面和平行散射面情况下,散射角θ分别为30°和90°时,不同人工雾的浓度的散射光强度。实验表明:θ=30°时,薄雾状态,散射光强随雾的浓度的增加而增大,当雾浓度达一定程度后,散射光随浓度的增加而减小;θ=90°时,随着雾的浓度的增加,散射光强逐渐增大,散射光强在浓度较大时呈现下降趋势。以Mie散射理论分析了偏振光在人工雾中的散射特性,并由散射角为90°时的退偏振度随雾的浓度的变化,讨论了雾粒子的结构及性质。     

后向散射法测量湿蒸汽的实验优化方案的研究

为了提高实验的精度以及实验的可操作性,对后向散射法测量湿蒸汽的实验方案进行了优化研究。本文研究了入射光射入位置、入射光光强、散射光接收角度三个因素对实验结果的影响。实验结果表明,这三个因素对散射光光强以及其对应的灰度值具有较大的影响;当入射光光强为20 mw、入射位置为第四截面、散射光接收角度为后向30°时,可获取到最佳的散射光图像,此时为最优的实验方案。该实验方案的研究对后向散射法测量湿蒸汽具有重要的指导作用。     

水中气泡激光后向散射衰减特性研究

采用Lambert-Beer定律对水中气泡后向散射光功率进行理论分析,并采用激光功率计对位于不同距离以及不同密度的气泡幕后向散射光功率进行测量,对测量数据进行了统计和分析.结果表明,气泡的后向光散射信号相当微弱,但由于气泡幕的存在,后向散射光功率有所增强;气泡幕后向散射光功率随气泡幕与探测器之间的距离变化,其关系服从Lambert-Beer定律;后向散射光功率与气泡密度有关,气泡密度越大,后向散射光功率越大.     

人血管对He-Ne激光的吸收系数和散射相函数的研究

运用光生物学、基础医学以及物理学的基本理论,探讨了人血管组织的激光传播特性,定量测定了人血管组织的激光传输参量。采用标准积分球测量了人血管组织样品在632.8nmHeNe激光照射下的透射比T和反射比R,推算吸收比A。并把分光仪改装为光散射测量装置,测量了632.8nmHeNe激光照射下,-90°～90°散射角范围内的散射相函数S(θ),计算散射余弦平均值μ。结果表明:人血管组织受小功率(P=20mW)632.8nmHeNe激光照射时,光强衰减符合指数衰减规律,人血管组织对激光有较弱的前向散射。     

多种群遗传算法在湿蒸气参量测量中的应用

为了利用激光散射法快速准确地测量出汽轮机中湿蒸气的参量值,实时监测汽轮机末级蒸汽湿度,指导汽轮机安全运行,采用多种群遗传算法,用三次样条插值的方法代替散射理论公式,以理论值与测量值的最小二乘值为目标函数,设置合适的控制参量,对加入高斯白噪声的仿真数据和模拟汽缸的实验数据进行搜索寻优。结果表明,多种群遗传算法能够克制过早收敛,准确地搜索到全局最优解,在遗传代数内反演出湿蒸气的各个参量。该研究对激光散射法测量湿蒸气参量或其它微粒粒度分布的反演是有帮助的。     

水泥路面激光散射特性研究

为了通过激光散射特性识别不同粗糙程度水泥路面, 设计了路面粗糙度测量系统。使用千分表测量水泥路面高度分布, 计算高度均方根与相关长度。根据以上参量采用功率谱频域滤波生成随机粗糙表面以模拟水泥路面, 通过切平面近似将粗糙面离散为大量微面元, 由菲涅耳公式计算本地场, 利用蒙特卡罗方法获取不同偏振光入射条件下粗糙面双向与后向散射光强度统计平均值。基于虚拟仪器技术进行高精度自动化激光散射测量, 并根据实验数据对理论模型进行了验证。结果表明, 双向散射小粗糙度水泥路面散射光强度在镜像方向散射角40°附近具有峰值90lx, 在镜像方向两侧逐步递减, 大粗糙度水泥路面光学特性近似为朗伯体, 散射光强度在各散射角方向变化不大; 后向散射在垂直入射时, 小粗糙度水泥路面散射光强度峰值为103lx, 随散射角增大逐渐递减, 大粗糙度水泥路面具有朗伯体散射特征。此研究结果可为车辆自主驾驶方案路面信息感知提供参考。     

近180°水中悬浮颗粒物体积散射函数测量

针对目前国内外现有的体积散射函数测量系统在后向小角度散射测量上的局限性,提出了基于离轴反射式光路的近180°水体体积散射函数测量方法并研发了实验室测量系统。系统采用离轴抛物面反射镜,将后向小角度散射光和入射激光分离,减小了系统后向小角度散射的测量盲区,而且能够获取全方位角的后向小角度散射光信号。选取聚苯乙烯标准粒子用于测量系统定标检验,结果表明,定标后的测量系统能够完成在173°~179.4°范围内水中悬浮颗粒物体积散射函数的测量,角度分辨率为0.01°。经对比分析,体积散射函数测量值与米散射理论值具有很好的一致性,验证了系统测量近180°水体体积散射函数的准确性和可行性。     

后向散射法测量蒸汽湿度中理论计算模型的优化

基于Mie散射理论和Lambert-beer定律,利用CCD相机接收湿蒸汽水滴微粒的散射光强,建立了蒸汽湿度测量系统。对于该系统的理论计算模型,分别采用对数正态分布(LN分布)和Rosin-Rammler分布(R-R分布)来描述模拟器缸汽中的水雾粒径分布,对散射光强进行仿真计算,将得到的仿真结果同实验数据进行对比分析。结果表明:后向散射法测量蒸汽湿度中,采用对数正态分布(LN分布)建立的理论计算模型更合适。     

异轴角散射法中散射体几何模型的构建与优化

湿蒸汽参量测量对于保障汽轮机机组的高效安全运行具有重大意义。基于激光散射的异轴角散射法是湿蒸汽参数测量的光学方法之一。本文在分析异轴角散射法测量模型中激光散射的散射体几何建模存在问题的基础上,构建了CCD相机单个像元所对应的散射体的几何模型,并求解了散射体体积及与散射体相关的几何参数;并采用MATLAB软件进行了仿真计算,计算了水滴群质量中间半径r0.5、水滴数浓度N和尺寸分布系数K变化对散射光强的影响,并进行了误差分析。研究结果表明:采用新构建的散射体几何模型的异轴角散射法所得的仿真理论数据与实验数据间相对误差减小,且变化趋势更趋于一致,验证了几何模型优化的可行性和优越性,可为湿蒸汽参数测量提供更精确的数据。     

空气中自导光丝超连续辐射后向散射增强特性

由自导成丝效应产生的超连续辐射具有超宽带光谱、后向散射增强等一系列新特征,为激光雷达大气探测开辟了新的领域.通过测量飞秒激光脉冲自导光丝超连续辐射散射的角度分布,对不同条件空气中自导光丝产生的超连续辐射后向散射特性进行了实验研究.结果表明,在洁净空气和含气溶胶的空气中,自导光丝的超连续辐射都呈现出明显的后向散射增强特性.同时对超连续辐射后向散射的测量值进行拟合,拟合结果表明超连续辐射后向散射角分布满足洛伦兹(Lorentz)函数,在洁净空气中其角宽度为6.4°,后向180°时归一化散射强度是瑞利散射的3.2倍.超连续辐射沿光丝前向呈锥形辐射,其前向散射具有明显的波长依赖关系;而后向散射无明显的波长依赖关系.     

舰船尾流气泡多重散射偏振特性研究

舰船尾流气泡的多次散射效应对光尾流探测领域的研究具有重要意义.针对水中气泡多次散射对后向散射光强以及偏振度的影响规律问题,基于矢量Monte Carlo方法,采用欧拉矢量法对光子在水中气泡后向散射偏振态进行跟踪,对比分析了线偏振、圆偏振激光入射情况下,不同散射次数回波信号在强度和偏振度特性上的差异性,验证了欧拉矢量法用于光尾流探测仿真领域的可行性.     

水体散射对气泡后向光散射特性的影响

采用Lambert-Beer定律对水中气泡幕前向、后向散射激光功率进行了理论推导,得出了接收信号信噪比的计算公式.采用光学遮挡的方法对近距离水体后向光散射信号进行屏蔽,采用激光功率计对后向光散射信号进行测量.结果表明,近距离水体后向光散射对气泡的后向光散射影响显著,对近距离水体的后向光散射信号进行抑制,可以显著提高接收信号的信噪比.