基于滤波反投影算法的TDLAS温度测量研究

为提高二维重建温度场的抗噪声、抗干扰能力,研究了基于滤波反投影算法的可调节半导体激光吸收光谱（TDLAS）系统。通过数值模拟研究了滤波反投影算法的重建质量与影响因素,结果表明,随机噪声达到10%时,重建图像仍能较好地反映原温度场特征;滤波函数能明显改善重建质量;三次样条曲线插值的重建质量最高。通过基于滤波反投影算法的 TDLAS系统对弱旋流燃烧室出口温度场进行重建,将重建结果与热电偶测量结果进行对比,相对误差范围为1.4%～8.9%,较好地反映出温度场的特征,验证了滤波反投影算法的层析成像系统的可行性。     

一种新型层析成像重建算法

针对直接反投影重建的伪迹现象,提出了一种新型射线反投影重建算法。该方法基于反投影数据的“求交”运算,不同于常规反投影相叠加方法,可以较好地克服图像部分伪迹。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于波长调制光谱的非均匀流场气体参数二维分布测量

基于波长调制光谱方法,研究了一种实现非均匀燃烧场气体参数二维分布测量的新方法。气体参数的二维分布是通过测量激光穿过非均匀流场区域的积分吸光度并结合重建算法进行反演实现。研究了基于波长调制光谱,通过拟合谐波信号实现积分吸光度测量的方法。利用所选的7185.60cm~(-1)和7454.45cm~(-1)两条H_2O谱线,通过建立离散模型和设计光线布局,基于波长调制光谱方法和代数迭代重建算法实现了非均匀流场区域内温度场和H_2O组分浓度场的二维分布测量。重建结果表明:基于波长调制光谱的二维重建方法具有较高的重建精度,与预测值相比,温度和H_2O组分浓度的重建误差分别小于1.69%和3.05%。     

提高三维ICT成像空间分辨率的扫描方式及其重建算法

对三维工业计算机层析成像(Three Dimensional Industrial Computed Tomography, 3D-ICT)空间分辨率提高技术进行了研究, 提出了一种通过1/4面阵探测器偏置扫描提高成像空间分辨率的锥束3D-ICT扫描方式, 推导了它的基于平行束重排的滤波反投影重建算法.这种方法首先通过面阵探测器中心相对于旋转中心偏移四分之一个探测单元宽度的扫描结构获取二维投影序列, 再对其进行平行束投影重排, 最后利用平行射束特点实现投影水平方向采样频率加倍, 从而提高3D-ICT水平方向的重建空间分辨率.计算机仿真结果证明了该扫描方式和重建算法的正确性.利用该种方法, 可使3D-ICT水平方向重建空间分辨率提高近1倍.      

一种基于TDLAS的高分辨率二维温度场重建算法及数值仿真

发展了一种基于TDLAS正交光路的二维燃烧场温度重建算法,为了评价该重建方法,数值仿真了2N （N≥3）条视线（Light-of-sight,LOS）测量路径呈N×N均匀排布时对两种不同的温度场的二维重建结果,并定义了最大偏差和平均偏差两个物理量来描述N值对重建结果的影响。结果表明,对于对称的单峰非均匀温度场,重建的温度场最大偏差在50K（2．5％）以内,最大偏差随N的奇偶而波动,其总体趋势随N增大而减小;平均偏差随着N的增大而减小,N≥9时最大偏差和平均偏差的改善均已不明显;对于双峰温度场,用该方法二维重建的结果最大偏差超过350K（15．2％）,平均偏差大于0．03,并出现严重失真,此时可通过额外布置斜穿待测场的测量路径来改善测量结果。研究结果对实际的二维测量系统的搭建和应用有指导意义。     

基于投影残差最小化的二维火焰化学发光场重建

化学发光计算断层成像技术(CTC)能够实现对燃烧室内激发态粒子化学发光场的瞬时三维测量。为进一步提高CTC的测量精度,依据火焰的结构特性提出一种基于投影残差最小化的优化重建算法(PDM算法),利用Sine仿真模型对ART算法、ASD-POCS算法和PDM算法在不同角度下的重建性能进行评估。实现对一组稳定二维预混火焰的OH*化学发光场重建,通过重建结果与实际拍摄结果的对比,进一步评估重建算法的性能。结果表明:传统医学重建算法丢失火焰内部结构特征,不适用于火焰图像重建;PDM算法可以加快重建速度,提高重建质量,即使在稀疏角度下的重建,仍能得到较高精度的重建结果,有效捕捉火焰的主要结构特征。     

基于多紫外相机的旋流火焰三维锋面层析重建

旋流火焰锋面可表征火焰宏观结构和燃烧稳定性，其瞬态三维结构测量对旋流燃烧机理研究和旋流燃烧器优化设计具有重要意义。提出一种基于多紫外相机成像的测量方法，构建了基于多紫外相机阵列的化学发光层析成像（Computed Tomography of Chemiluminescence, CTC）系统，实现了低成本、高准确度的旋流火焰瞬态锋面化学发光信息获取；发展了基于预识别技术的联合代数重建算法（Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique, SART），通过光线追踪识别零强度体素，从而减少计算量和重建伪影。开展了数值模拟研究，以验证重建算法的准确性和抗噪性。最后搭建了甲烷-空气预混旋流燃烧实验台，开展了基于多紫外相机的化学发光成像系统标定和低旋流火焰锋面特性实验研究。结果表明，旋流火焰锋面反投影重建精度达到0.97以上，同时计算量减小了59.6%；稳定燃烧工况下，低旋流火焰在喷嘴出口处扩张，锋面呈现涡旋状的碗形结构；随着当量比的增大，火焰推举高度略有上升，火焰体积逐渐增大，燃烧稳定性增强。     

基于改进Split Bregman的电容层析成像滑油监测研究

针对电容层析成像（Electrical capacitance tomography,ECT）技术应用于滑油系统磨粒在线监测时,其图像重建过程中存在的不适定性问题,提出了一种基于迭代p阈值函数的Split Bregman（SB）图像重建算法。首先,建立基于SB算法的ECT图像重建模型。其次,建立基于L_p范数的SB模型。最后,为更方便求解L_p范数的阈值迭代形式,引入了p阈值函数。通过灵活选取p值,提高了SB算法的精度和适用性。仿真实验结果表明,与Landweber,Tikhonov正则化和SB算法相比,改进SB算法图像误差降低了约30%,相关系数高达0.96,成像速度与Landweber成像速度相近。实验结果表明,改进SB算法能够胜任滑油系统磨粒监测任务,并提高了成像质量。     

基于二维逆滤波的机载SAR 自聚焦算法

在聚束合成孔径雷达(SAR)自聚焦处理时,残留距离徙动(RRCM)必须在自聚焦处理之前完全去除,否则 将会严重降低自聚焦的性能。本文提出了一种基于二维逆滤波的自聚焦算法,该算法在补偿相位误差的同时也补 偿掉距离和方位的二维耦合相位,消除了RRCM对自聚焦的影响,提高了逆滤波自聚焦算法的性能。最后通过实 测数据处理验证了本文提出的二维逆滤波自聚焦算法的有效性。     

基于梯度方向二值模式特征的飞机翼尖跟踪技术

研究基于视频图像分析与定位的飞机翼尖跟踪技术,为飞机地面移动提供安全保障.现有图像特征进行翼尖跟踪经常失效且计算效率低下,本文结合纹理和轮廓信息,提出以梯度方向二值模式( OG_ LBP)为特征的粒子滤波跟踪算法,降低特征维数的同时建立局部和全局的翼尖特征直方图描述,提高识别效果.同时,该算法在粒子滤波基本框架之下,结...     

基于波长调制技术的燃烧室出口温度分布TDLAT测试方法

为给未来高推质比航空发动机燃烧室出口温度分布测试作技术储备,以某单管燃烧室为研究对象,采用可调谐半导体激光吸收层析成像(TDLAT)技术,在0.5～0.8 MPa压力环境下,研究了基于波长调制(WMS)技术的燃烧室出口温度分布测试方法的工程适用性。结果表明：通过多光路正交测量的方式,利用扣除背景的归一化波长调制光谱模型、变量轮换迭代反演及计算层析(CT)技术,可以实现具有时空分辨性的燃烧室出口温度分布式测量;场分布重建结果能够较正确地反映出燃气温度和H₂O气体积分数随进口参数变化的趋势与特征;受燃烧流场的不均匀性、光谱模型建立与光谱参数标定的不准确、反演与重建算法的不完善等因素的影响,TDLAS测温均值低于热电偶测量结果,相对误差在15%～23%之间,测量数据的准确度距工程应用需求还有一定的差距。     

激光吸收光谱技术测量非均匀燃烧流场研究进展

可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)具有非侵入性、灵敏度高和时间响应快等优点,将激光吸收光谱技术与最小二乘法、计算机断层扫描重建技术(CT)相结合,可以实现对非均匀燃烧流场的分布测量。首先简要介绍了激光吸收光谱技术的发展历程及测量基本原理,然后分别对激光吸收光谱技术测量非均匀流场一维分布、二维分布的国内外研究现状及关键技术进行了综述,比较分析了二维非均匀流场诊断实验中旋转和固定两种安装模式的优缺点及相对应的光线布局,总结了用于流场二维重建的相关重建算法,最后讨论了激光吸收光谱技术测量非均匀流场研究工作的发展趋势和有待解决的相关问题。     

Tomography system for measurement of gas properties in combustion flow field

This paper describes a self-designed fiber-coupled tomography system and its application in combustion diagnostics. The tomographic technique, which combines tunable diode laser spectroscopy and algebraic reconstruction technique, enables the simultaneous reconstruction of temperature and gas concentration with both spatial and temporal resolutions. The system measures a maximum diameter of 35 cm in a circular area with a minimum spatial resolution of 1 mm×1 mm and temporal response of up to 1 kHz. Simulations validate the effects of the beam arrangement and discrete grid on reconstruction accuracy, and give the optimal beam arrangements. Experiments are made to demonstrate the tomography method, and systems are constructed in laboratory and on engineering test benches.     

基于神经网络的CT图像重建方法研究

旅客行李隐藏爆炸物CT检测是机场安检的重要部分,图像重建是CT检测技术的重要环节,但实际中往往得不到完全的投影数据。针对不完全投影数据或数据量较少情况的重建问题,提出将神经网络算法应用于图像重建,并利用完全投影条件下FBP算法的重建结果作为网络的目标输出进行权值学习,从而降低网络结构和训练的复杂性。对该算法进行计算机模拟仿真试验,试验结果表明,该算法能有效地完成不完全投影数据的图像重建,且重建图像质量较高。     

带压燃烧场2D温度分布的激光吸收光谱测量初步研究

以实现冲压发动机等高压燃烧流场诊断为目标,采用可调谐半导体激光吸收光谱技术对带压的燃烧流场温度诊断进行初步研究。使用一种光谱适应的CT重构二维温度方法,以误差平方和和零均值归一化互相关作为评价指标分析CT-TDLAS的重构精度。搭建带压燃烧腔温度分布测量的实验系统,使用压力传感器和CCD相机记录带压点火燃烧过程变化;使用1335-1375nm的宽波段可调节半导体激光器对燃烧腔内带压点火燃烧过程进行了时间分辨的二维温度重建。实验结果表明：CT-TDLAS具有较高的重构精度;燃烧过程的压力变化趋势,火焰变化趋势及时间分辨二维温度分布变化趋势,三者保持一致;在带压条件下,CT-TDLAS可以实现高分辨率的时间分辨温度测量,反应定量的温度分布变化信息,为带压及进一步的高温高压燃烧流场的诊断提供帮助。     

ICT辅助涡轮叶片内冷通道多余物检测方法

为了实现涡轮叶片内冷通道多余物的无损检测与高精度提取,以工业计算机断层扫描技术为检测手段,基于刚性变换与正弦投影之间的关系,求得待测试件与标准试件断层图像方位上的位移参数,对测试件断层正弦图与标准件对应断层正弦图进行配准,提取出多余物正弦图并重建出多余物断层图像.实验证明该方法能有效识别出叶片内冷通道内的多余物,相比传统的基于CT(computed tomography)图像的多余物提取算法,该算法在投影域内进行,不受投影数据不完全、扫描系统偏差以及重建伪影的影响,具有更高的准确性.      

可调谐二极管激光吸收光谱诊断燃烧参数

近红外二极管激光吸收光谱诊断技术以其高灵敏,响应快,结构相对简单,造价低廉等优点已成为测量准均匀燃烧场和流动场温度和组分分压的有效手段.本文介绍我们所建立的可调谐二极管激光吸收光谱诊断系统以及利用此系统进行燃烧产物H_2O浓度和温度的实验结果.作者还介绍了所发展的高敏感的探测技术-波长调制光谱(WMS,Wavelength Modulation Spectroscopy)的2f诊断技术.可调谐二极管激光吸收光谱技术可望应用于动态燃烧过程的诊断与控制.     

燃烧与流场在线测量诊断方法研究进展

介绍了上海理工大学颗粒与两相流测量研究所近年来在燃烧和流场在线测量诊断技术方面的研究进展,包括：改进基于光纤光谱仪的火焰辐射温度测量技术,提高火焰温度的测量精度与范围并反演出火焰辐射率及液体燃料组分;辐射与吸收光谱相结合测量脉冲燃烧火焰温度和水蒸气浓度;基于激光诱导荧光法测量喷雾液滴温度;强烟尘水滴干扰条件下基于差分吸收光谱法（DOAS）测量排放污染气体（SO2和 NOx ）浓度;基于饱和蒸汽原理的光谱法研制汞连续排放监测标准系统;光谱法与图像法结合测量高温物体温度场;基于单帧单曝光图像法测量多相流速度场与粒度分布;基于可调谐半导体激光吸收光谱法（TDLAS）同步测量液态纯水水膜蒸发过程中液态参数（水膜厚度及温度）与气态参数（水膜上方水蒸气的温度）等。