1 杭州海康威视数字技术股份有限公司, 杭州 310051
2 浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室, 杭州 310027
为了加快颗粒全息图的重建速度, 提出了一种基于多线程编译框架(OpenMP)和统一计算设备架构(CUDA)并行技术的二级并行架构颗粒全息图快速重建方法。第1级并行针对重建截面, 第2级并行针对像素, 同时在这两个维度进行并行重建, 利用OpenMP实现图片级并行, 利用CUDA实现像素级并行。以煤粉颗粒全息图为测试对象, 同时采用单线程重建程序和二级并行重建程序进行全息重建, 比较了两种计算方式的重建结果和计算耗时。结果表明, 二级并行重建结果与单线程重建结果是一致的, 且可大大缩短重建耗时;对于分辨率为5000×5000的全息图, 在重建截面数为40时, 可实现48.3倍的加速比。此计算架构在数字全息的颗粒场实时在线诊断中具有很好的应用前景。
全息 并行 重建 图像处理 颗粒测量 holography parallel reconstruction image processing particle measurement
1 浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州 310027
2 浙江省能源集团有限公司，浙江 杭州 310007
煤粉细度是燃煤电厂运行过程中的关键参数之一，与锅炉燃烧效率、制粉系统功耗以及设备磨损等问题息息相关。文中对数字全息技术在线监测电厂煤粉细度进行了试验研究。搭建了基于脉冲数字同轴全息的在线测量系统，系统包括取样、测量、收集和数据处理四个主要部分。将测量系统应用于某300 MW机组两根一次风管道内的煤粉细度监测，两根管道内煤粉流来源于不同的两台磨煤机，采用自行开发的重建软件对煤粉全息图进行实时处理并输出煤粉细度结果。对系统收集的经过系统测量后的煤粉样品进行实验室筛分，将筛分结果与现场全息结果进行对比，以验证测量系统的可行性和准确性。结果表明，采用面积分布的全息结果与筛分结果基本一致，平均绝对细度偏差在4%以内。同时诊断出了一台磨煤机煤粉细度与设计值偏离较大，证明所建测量系统用于燃煤电厂煤粉细度的在线监测有较大的应用潜力。
数字全息 煤粉细度 在线监测 颗粒测量 digital holography pulverized coal fineness on-line monitoring particle measurement 红外与激光工程
2021, 50(9): 20200456
1 上海理工大学 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室, 上海 200093
2 上海航天动力技术研究所, 上海 201109
为了研究消光光谱颗粒粒径测量方法影响因素, 搭建了消光光谱颗粒粒径测量实验系统, 建立了非线性最小二乘颗粒粒径反演算法, 并选用900 nm、2.1 μm与5.1 μm三种标准颗粒作为待测颗粒样品, 开展了不同波段范围、波长选取数及颗粒浓度下消光光谱颗粒粒径测量实验研究。结果表明: 消光光谱颗粒粒径测量过程中, 光谱波长范围、波长数以及颗粒浓度等参数的选取均会对反演精度造成较大影响; 光谱信噪比是光谱波长范围选取的重要指标; 存在光谱波长选取数精度阈值, 采用该阈值进行颗粒粒径反演, 既可以保证测量精度, 又可以避免光谱数据冗长导致反演计算速度降低; 颗粒粒径反演选取待测颗粒系消光值约0.75时达到最佳。
消光光谱法 颗粒测量 粒径反演 影响因素 光谱区间 extinction spectroscopy particle measurement particle size inversion influencing factors spectral range
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室, 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高LAMOST-HRS(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope-High Resolution Spectrograph)光谱分辨率以及光谱仪效率, 并建立一套可在仪器概念设计阶段分析杂散光的方法, 开展了在不进行BSDF测量的前提下, 对系统杂散光建模、分析的研究。首先根据粗糙度测量数据计算关键参数, 构建Harvey散射模型。接着通过显微镜观察光学面, 由MATLAB进行图像处理获取最大颗粒直径, 构建颗粒污染散射模型。然后导入光谱仪镀膜、光学元件、机械结构。对机械结构进行简化以提高分析效率。最后预估杂散光背景, 分析杂散光路径与组成。结果表明, LAMOST-HRS杂散光主要由光学面散射引起, 杂散辐射率为2.55%, 信噪比为16.01 dB, 达到设计指标要求。
光学工程 杂散辐射率 杂散光分析 散射 表面粗糙度 颗粒测量 optical engineering stray radiation rate stray light analysis scattering surface roughness particle measurement 红外与激光工程
2019, 48(1): 0117003
1 上海理工大学 能源与动力工程学院, 上海 200093
2 上海理工大学 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室, 上海 200093
研究了基于CCD传感的激光粒度测量方法和优化。在系统设计和实验参数优化基础上,设计了CCD传感器的光环尺寸,并基于Mie散射理论,建立了理论计算模型,计算了待测颗粒的理论光能分布。对标称粒径为10.9 μm和57.9 μm的聚苯乙烯乳胶标准颗粒进行实验,获得颗粒散射光能分布图像,提出了一种新的光环中心确定方法,并由编写的图像处理程序分析散射光能分布。颗粒粒径的反演结果与标称尺寸比较表明,用此测量方法得到的颗粒散射光能分布与其理论分布较一致,稳定性与重复性较好。
CCD传感器 颗粒测量 粒度分布 Mie散射理论 图像处理 CCD sensor particle measurement particle size distribution Mie scattering theory image processing
在可见光范围内,对消光光谱法颗粒测量技术中的病态性问题进行分析,对目标函数的极值情况和反演计算结果进行了计算讨论,并对标准聚苯乙烯颗粒进行了实验测量和反演计算.模拟计算和实验结果表明,在消光光谱法测量中,亚微米级颗粒的病态性表现得尤为严重,目标函数极值情况和反演结果对误差非常敏感,反演结果的稳定度和准确度较差.为保证测量结果准确性,应尽可能减小测量误差.微米级颗粒对应的目标函数极值情况和反演计算结果则较为理想.
测量 颗粒测量 消光光谱法 病态性 目标函数 反演计算 激光与光电子学进展
2015, 52(9): 091202
华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
多角度动态光散射(MDLS)技术具有响应速度快、非接触式测量等优势，相较于单一散射角度测量技术，MDLS能获取更多的反映颗粒特征的散射光信息，可提供更准确的颗粒粒度分布(PSD)，而合适的颗粒粒度反演算法能进一步提高MDLS 方法的测量准确性。在Phillips-Twomey(PT)算法基础上，提出采用MR-L 曲线法确定正则化参数，递归算法求取权重系数并添加非负约束的递归非负Phillips-Twomey(RNNPT)算法，通过准确确定权重系数改善MDLS 颗粒粒度分布反演算法的准确性。采用RNNPT 算法，在光强相关函数测量噪声为0.01%~1%，对两种单峰模拟分布以及一种双峰模拟分布颗粒体系进行了粒度反演，可知在噪声水平低于0.1%的情况下反演结果均较为理想。将RNNPT 算法与递归Phillips-Twomey(RPT)算法和现有的递归Tikhonov(RT)算法进行比较，计算结果表明，RNNPT 算法获得的权重系数比误差最小，反演获得的粒度分布与理论值最为接近。
散射 动态光散射 反演算法 颗粒测量 粒度分布 权重系数 激光与光电子学进展
2015, 52(3): 032901
1 西北工业大学理学院,光信息科学与技术研究所,陕西,西安,710072
2 中国工程物理研究院流体物理研究所,四川,绵阳,621900
采用数值方法模拟了同轴全息术测量粒子场的过程,对两种不同的数值算法--直接傅里叶变换算法和卷积算法,进行了分析和比较,结果表明卷积算法符合实际要求.分析了记录图像的空间频谱及其对图像采样频率的要求,得出了在记录波长、采样间隔等条件一定的情况下的最小记录距离.对于一幅512×512像素的数字图像,若像元尺寸为6.7 μm,所用光波长为532 nm,则最小记录距离为43.2 mm.在此基础上对实验记录的振幅和相位型静态粒子的数字全息图,均得到了满意的数值再现像.
数字全息术 同轴全息图 粒子场测量 直接傅里叶变换算法 卷积算法 Digital holography In-line holography Particle measurement Direct Fourier transform algorithm Convolution algorithm
State Key Lab. of Precision Measurement Technology and Instruments, Tianjin University, Tianjin 300072, CHN
室内环境空气污染对人体健康影响很大。文中指出影响人体健康的致病因子，并详细分析先进的光散射理论，在此基础上建立异轴采光数学模型，分析单个微粒的光通量和粒径之间的关系。鉴于单个颗粒的散射光信号很弱，本文提出一种方法，把激光器的内腔(开放腔)作为颗粒注入区，利用激光器的内腔功率谱密度远大于腔外功率密度的特点，结合先进的激光散射理论，对空气中的颗粒进行计数和粒径分档。实践证明，该方法对较小粒径的颗粒检测非常有效。
气溶胶 空气污染 颗粒测量 激光散射 光通量 aerosol air pollution particle measurement laser scattering luminous flux
