激光多普勒测速仪(LDV)相位多普勒粒子分析仪(PDPA)

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流场测量综述

频率差
速度
பைடு நூலகம்相位差
粒径
（4）激光多普勒测速的进一步发展应用
1.激光相位多普勒测量系统（PDA/ PDPA ）
（4）激光多普勒测速的进一步发展应用
1.激光相位多普勒测量系统（PDA/ PDPA ）
（4）激光多普勒测速的进一步发展应用
2.全场多普勒技术（GDV ）
PDV
点测
GDV
面测
（4）激光多普勒测速的进一步发展应用
二· 流场测量的主要方法

1.皮/毕托管测速
二· 流场测量的主要方法

2热线/热膜测速
2 n I RA ( T T )( a b vT ) ( T ) w f w f

二·3激光多普勒（LDV）相关技术测速

（1）多普勒效应
（2）超声波多普勒测速（ADV）原理
（2）超声波多普勒测速（ADV）原理
2.全场多普勒技术（GDV ）
柱面系统薄光屏
碘池频移测量
二·4· 粒子图像测速技术
（1）原理
二·4· 粒子图像测速技术
（2）三维粒子成像
1. 3D一SCPIV (3Dnimensional single Camera Particle Image Velocimetry)
散焦现象:
将模糊效果量化就可以得到被测粒子的沿光轴方向的深度信息
二·4· 粒子图像测速技术
（2）三维粒子成像
2. 3D一VPTV (volumetric particle tracking veloeimetry) 典型布置方法：两个相机和两光轴
光学中心
相机胶片
透视成像原理
二·4· 粒子图像测速技术

多普勒测速仪工作原理

浏览次数：110次悬赏分：0|解决时间：2011-8-24 19:30|提问者：匿名最佳答案从开过来的机车所听到的声波间的距离被压缩了，就好像一个人正在关手风琴。

这个动作的结果产生一个明显的较高的音调。

当火车离去时，声波传播开来，就出现了较低的声音--这种现象被称为“多普勒”效应。

检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。

从测速仪里射出一束射线，射到汽车上再返回测速仪。

测速仪里面的微型信息处理机把返回的波长与原波长进行比较。

返回波长越紧密，前进的汽车速度也越快--那就证明驾驶员超速驾驶的可能性也越大。

多普勒测速仪仪器介绍TSI的LDV/PDPA系统LDV/PDPA的主要装置和原理激光多普勒测速仪是测量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与多普勒频率的关系得到速度。

由于是激光测量，对于流场没有干扰，测速范围宽，而且由于多普勒频率与速度是线性关系，和该点的温度，压力没有关系，是目前世界上速度测量精度最高的仪器。

LDV/PDPA测速工作原理可以用干涉条纹来说明。

当聚焦透镜把两束入射光以?角会聚后，由干激光束良好的相干性，在会聚点上形成明暗相间的干涉条纹，条纹间隔正比干光波波长，而反比干半交角的正弦值。

当流体中的粒子从条纹区的方向经过时，会依次散射出光强随时间变化的一列散射光波，称为多普勒信号。

这列光波强度变化的频率称为多普勒频移。

经过条纹区粒子的速度愈高，多普勒频移就愈高。

将垂直于条纹方向上的粒子速度，除以条纹间隔，考虑到流体的折射率就能得到多普勒频移与流体速度之间线性关系。

LDV/PDPA系统就是利用速度与多谱勒频移的线性关系来确定速度的。

各个方向上的多普勒频率的相位差和粒子的直径成正比，利用监测到的相位差可以来确定粒径。

LDV/PDPA系统从功能上分为：光路部分、信号处理部分。

光路部分：采用He-Ni激光器或Ar离子激光器，是因为它们能够提供高功率的514.5nm,488nm,476.5nm三种波长的激光。

激光多普勒测速仪介绍(LDV)

激光多普勒测速仪1 激光多普勒测速仪概念激光多普勒测速仪(LDV: Laser Doppler Velocimetry)，是应用多普勒效应，利用激光的高相干性和高能量测量流体或固体流速的一种仪器，它具有线性特性与非接触测量的优点，并且精度高、动态响应快。

由于它大多数用在流动测量方面，国外习惯称它为激光多普勒风速仪（Laser Doppler Anemometer，LDA)，或激光测速仪或激光流速仪（Laser Velocimetry，LV)的。

示踪粒子是利用运动微粒散射光的多普勒频移来获的速度信息的。

因此它实际上测的是微粒的运动速度，同流体的速度并不完全一样。

幸运的是，大多数的自然微粒（空气中的尘埃，自来水中的悬浮粒子）在流体中一般都能较好地跟随流动。

如果需要人工播种，微米量级的粒子可以同时兼顾到流动跟随性和LDV测量的要求。

图1 德国elovis激光多普勒测速仪2 激光多普勒测速仪组成（1）激光器（2）入射光学单元（3）频移系统（4）接受光学单元（5）数据处理器3 激光多普勒测速仪基本原理仪器发射一定频率的超声波，由于多普勒效应的存在，当被测物体移动时（不管是靠近你还是远离你）反射回来波的频率发生变化，回收的频率是(声速±物体移动速度)/波长，由于和波长都可以事先测出来（声速会随温度变化有所变化，不过可以依靠数学修正），只要将回收的频率经过频率-电压转换后，与原始数据进行比较和计算后，就可以推断出被测物体的运动速度。

图2 激光多普勒测速仪基本原理图4 激光多普勒测速仪特点和应用1）激光多普勒测量仪应用多普勒频差效应的原理，结构紧凑、重量轻、容易安装操作、容易对光调校；2）激光多普勒测量仪可以在恒温，恒湿，防震的计量室内检定量块，量杆，刻尺和坐标测量机等。

3）激光多普勒测量仪既可以对几十米甚至上百米的大量程进行精密测量，也可以对手表零件等的微小运动进行精密测量；既可以对几何量如长度、角度、直线度、平行度、平面度、垂直度等进行测量，也可以用于特殊场合，诸如半导体光刻技术的微定位和计算机存储器上记录槽间距的测量等等。

激光多普勒测速仪介绍(LDV)讲解

激光多普勒测速仪
1 激光多普勒测速仪概念
激光多普勒测速仪(LDV: Laser Doppler Velocimetry，是应用多普勒效应，利用激光的高相干性和高能量测量流体或固体流速的一种
仪器，它具有线性特性与非接触测量的优点，并且精度高、动态响应快。

由于它大多数用在流动测量方面，国外习惯称它为激光多普勒风
速仪（Laser Doppler Anemometer，LDA，或激光测速仪或激光流速仪（Laser Velocimetry，LV的。

示踪粒子是利用运动微粒散射光的多普勒频移来获的速度信息的。

因此它实际上测的是微粒的运动速
度，同流体的速度并不完全一样。

幸运的是，大多数的自然微粒（空
气中的尘埃，自来水中的悬浮粒子）在流体中一般都能较好地跟随流动。

如果需要人工播种，微米量级的粒子可以同时兼顾到流动跟随性
和LDV测量的要求。

激光多普勒测速(LDV)与粒子成像测速(PIV)的应用

图像采集和速度场计算
由一台基于微机的控制器完成
通过改变PI V 系统的延迟时间, 得到不同喷雾时刻的速度矢量图。
实例4：柴油机燃油喷射雾化的PIV 测量试验研究
PIV 通过CCD 和采集卡, 获得粒子图像.
在喷雾液滴的两相流场内, 由于粒子像太多, 不能用跟踪单个粒子轨道的方法( PTV) 来获得速度信息.
3.LDV与PIV测量原理
激光多普勒测速原理
微粒接受到的光波频率与光源频率会
有差异，差异大小同微粒运动速度的
单一频率的激光照射大小和照射光与微粒速度方向之间的
运动微粒
夹角有关。
微粒以一定速度穿过时
接收散射光的多普频移获得微粒速度
若微粒速度与流体团速度一致，则可以获得该点的流场速度。其关系如下：
Satoru Sasak i等运用自相关PIV 技术, 从曝光图像中得到了喷雾周围的空气流动速度。研究结果显示, 喷射开始后喷油嘴周围的空气被喷雾前端向外挤压, 随后流速向相反方向进行。 M iyazak i等将PIV 技术成功应用到水平管内螺旋气固两相流粒子运动, 实验中包括用粒子群获得的高密度图象模型来得到速度, 对单个粒子的追踪来得到低密度粒子数。
激光多普勒测速（LDV）与粒子成像测速（PIV）在柴油机流场
特性方面的应用
报告主要内容
1. 意义与背景 2. 国内外研究现状 3. LDV与PIV测量原理 4. 实例应用介绍 5. LDV与PIV测试方法对比 6. 适用范围 7. 影响测试精度因素与测量误差分析 8. LDV与PIV局限性 9. LDV与PIV展望 10.参考文献
激光多普勒测速技术应用于浓缩燃烧器湍流流场的测量：在煤粉浓缩燃烧器中加入示踪颗粒,利用激光多普勒测速技术对湍流流场的速度场及湍流参数进行测量研究,通过自动数据采集及处理分析系统,获得不同钝体结构的煤粉浓缩燃烧器的速度及湍流强度分布。

激光多普勒测速技术LDV

《现代流体测试技术》第八章激光多普勒测速技术刘宝杰，于贤君2015年6月15日主要内容8.1关键背景8.2基本原理8.3 测量精度的影响因素8.4典型应用案例8.5思考题测速技术的分类测量技术激光多普勒测速仪（LDV）皮托管接触式非接触式气动探针热线风速仪粒子图像测速技术（PIV、SPIV）激光诱导荧光技术（LIF、PLIF ）DGV、MTV ……Laser Doppler Velocimeter简称LDV激光多普勒效应什么是多普勒效应?多普勒效应声波设光源O、运动微粒P和静止的光检测器S之间的相对位置如，粒子的运动速度为下图所示。

其中光源光波的频率为f Array则粒子接收到的光波频率为：当U << c时，上式可以非常近似地表示为：激光多普勒效应当静止的光检测器接收到微粒散射的光波时，其间同样存在多普勒效应，其频率为：粒子向四周散射的光的频率，就是其接受到光的频率：激光多普勒效应由以上两式可得：激光多普勒效应多普勒频移f D：激光多普勒测速仪（LDV/LDA）激光器入射光学单元被测流场收集光学单元信号采集和处理激光多普勒测速仪（LDV/LDA）1964年，Yeh和Cummins三个阶段：1964-1972年：发展阶段——平均速度测量1973-1978年：成熟阶段——湍流速度测量1979年-至今：应用发展阶段——计算机化8.2.2 示踪粒子8.2.3 信号采集和处理激光光源：氩（Ar）离子激光器：476.5nm、488nm、514.5nmLDV的光源能不能不用激光光源？定向性高亮度，高能量密度相干性8.2.2示踪粒子>>>跟得上>> 粒子的跟随性问题>> 粒子的光散射性问题>>> 看得见8.2.2示踪粒子>> 粒子的跟随性8.2.2示踪粒子湍流中粒子的跟随性水中粒子的跟随性>> 粒子的跟随性8.2.2示踪粒子湍流中粒子的跟随性空气中粒子的跟随性>> 粒子的跟随性8.2.2示踪粒子高速气流中粒子的跟随性可压流中粒子的阻力系数：为Knudsen数激波波前速度波后速度x(激波下游的距离),inch在超声速或高亚音速中理想的粒子直径应小于>> 粒子的跟随性mm8.2.2示踪粒子粒子的直径粒子的密度粒子的形状除了流体的性质外，粒子对其跟随性的主要影响因素：>> 粒子的跟随性8.2.2示踪粒子1.散射光是由包括不同阶的球谐波组成的，它们是强度取决于两种介质的特性和粒子直径与光波波长的比值；米氏(G.Mie)散射理论：1908年2.当粒子直径远小于光波波长时，散射光强度分布如下图所示，这种散射称为瑞利(Rayleigh)散射；瑞利(Rayleigh)散射>> 粒子的光散射性8.2.2示踪粒子3.当粒子直径逐渐增大，散射光强度分布逐渐偏离对称，前向比后向散射更多的光线，这种效应称为米氏效应。

相位多普勒粒子分析仪（PDPA）简介

相位多普勒‎粒子分析仪‎（PDPA）简介测量原理相位多普勒‎粒子分析仪‎（Phase‎Doppl‎e r Parti‎c le Analy‎z er，简称PDP‎A），顾名思义是‎利用多普勒‎效应来测量‎运动粒子的‎相关特性。

它是由激光‎多普勒测速‎仪（Laser‎Doppl‎e r Veloc‎i mete‎r，简称LDV‎）发展而来的‎，至今已有近‎二十年的历‎史。

相位多普勒‎粒子分析仪‎所依据的基‎本光学原理‎是L ore‎n z－Mie散射‎理论，一般包括激‎光器、入射光学单‎元、接收光学单‎元、信号处理器‎和数据处理‎系统等几部‎分。

如同声波的‎多普勒效应‎一样，光源与物体‎相对运动也‎具有多普勒‎效应。

在相位多普‎勒粒子分析‎仪中，依靠运动微‎粒的散射光‎与照射光之‎间的频差来‎获得速度信‎息，而通过分析‎穿越激光测‎量体的球形‎粒子反射或‎折射的散射‎光产生的相‎位移动来确‎定粒径的大‎小。

仪器配置本仪器是美‎国A ero‎metri‎c s公司生‎产的二维相‎位多普勒粒‎子分析仪，配备320‎m w氩离子‎风冷激光器‎（Argon‎Ion Laser‎）、激光耦合器‎（Fiber‎Drive‎r）、RSA信号‎处理器（Real-Time Signa‎l Analy‎z er）、数据处理系‎统以及激光‎发射（Trans‎m itte‎r）和接收器（Recei‎v er）等。

长达10m‎的激光传输‎光纤和国产‎三维坐标架‎使得该仪器‎对不同的试‎验模型具有‎较强的适应‎性。

一般情况下‎，它的测速范‎围是-90～283m/s，可测粒径范‎围是0.5～90µm，此范围还可‎通过更换发‎射镜头加以‎扩大。

应用及成果‎相位多普勒‎粒子分析仪‎最初是被用‎于对喷雾流‎动的测量，后来又逐渐‎扩展到喷射‎火焰和两相‎湍流等的研‎究，最近又在气‎固流化床动‎力学研究方‎面获得了较‎好的应用。

工程流体力学36伯努利方程的应用-录像

B点：压强称为静压，速度为V
z
pB
V2
z
pA
0
g 2g
g
产生动压 V 2
2g
h
pA
pB
V2
g g 2g
v 2 pA pB 2gh
V 2gh
ψ—流速修正系数，一般由实验确定，ψ =0.97
第六节伯努利方程的应用
v 2 pA pB 2gh
气体的流速——Ｕ形差压计
pA pB h液 g(液 )
二、文特里(Venturi)流量计
以文特里管的水平轴线所在水平面作为基准面。列截面1-1，2-2的伯努利方程
0 p1 V12 0 p2 V22
g 2g
g 2g
V2
2( p1 p2 )
[1 ( A2 / A1 )2 ]
由一维流动连续性方程
V1
A2 A1
V2
p1 p2 (液 )gh液 V2
第六节伯努利方程的应用
【解】当阀门全开时列1-l、2-2截面的伯努利方程
H pa 0 0 pa 0.6 pa V22
g
g
2g
当阀门关闭时，根据压强计的读数，应用流体静力学基本方程求出Ｈ值
则
pa gH pa 2.8pa
H
2.8 pa
g
2.8 98060 9806
28(mH 2O)
第六节伯努利方程的应用
3.6 伯努利（Bernoulli）方程的应用
流动速度测量技术
一、流速测量
1.皮托管测速技术 2.热线热膜风速仪（简称HWFA) 3.激光风速仪（LDV或LDA） 4.相位多普勒技术(PDPA)——两相流测量仪器 5.粒子成像速度仪(PIV)——流场显示技术

激光多普勒测速仪介绍(LDV)

由于它大多数用在流动测量方面，国外习惯称它为激光多普勒风速仪（Laser Doppler Anemometer，LDA)，或激光测速仪或激光流速仪（Laser Velocimetry，LV)的。

示踪粒子是利用运动微粒散射光的多普勒频移来获的速度信息的。

因此它实际上测的是微粒的运动速度，同流体的速度并不完全一样。

幸运的是，大多数的自然微粒（空气中的尘埃，自来水中的悬浮粒子）在流体中一般都能较好地跟随流动。

如果需要人工播种，微米量级的粒子可以同时兼顾到流动跟随性和LDV测量的要求。

激光多普勒测速

69年，Rudd提出干涉条纹模式，进一步说明激光多普勒测速的基本原理。
31
如图5-3所示，两束平行的、相干细光束在透镜后焦点形成相交区，该相交区称为控制体。
在控制体中存在着明暗相间的干涉条纹，由几何关系可得条纹间距df为:

d f

2 sin 2
(5-9)
32
首先考虑两个同频率、同振动方向、初相位为零的单色光波的叠加
测器方向的单位向量。
25
• (5-1)代入(5-2)，忽略高次项，得到
：
fS

f0
(1

e0
c
)
1

veS c

f0 1
v(eS e0 ) c
(5-3)
光检测器接收的光波频率与入射光波频率之差叫多普勒频差或频移。
26
f多D 普勒fS频移f用0 fD表f0示v(：eSc e0 )
18
声学中的多普勒现象
当你站在火车站台上鸣笛的火车进站时，你感到笛声变得尖了，即笛声频率变高；相反，火车鸣笛离开站台，你会感到笛声变得低沉，即笛声频率变低。这种因波源和观察者相对于传播介质的运动而使观察者接收到的波源频率发生变化的现象叫多普勒效应。
19
如果运动发生在波源和观察者的连线上，假设波源相对于介质的运动速度为u，波源的波长为，观察者相对介质的运动速度为v，波源原来的频率为f0，波源在介质中的传播速度V，对下述四种情况可分别求得观察者接收到的频率f。
9
2. 全息干涉测速法
在被测流体中掺粒子示踪剂，通常用双脉冲激光作光源，通过双曝光拍摄相隔t的两幅粒子图于同一块干版上。利用再现粒子场的实像图，求出粒子对间的位移大小和方向，再由 v=s/t求出速度场。

激光多普勒测速仪(LDV)相位多普勒粒子分析仪(PDPA)

L2
在差动多普勒技术中，相交光束产生的条纹图
条纹间距：
f
F 2sin( / 2) s
LDV测速的关键参数，可用速度标定工具来检验
粒子速度： v fD f
椭球型控制体基本参数：
直径：
dw
4F d
宽度：
L1
dw cos(
/
2)
长度：
L2
dw sin( /
2)
8F 2 ds
1.2 激光多普勒测量原理
粒子大小和浓度测量：信号可见度法
信号底基幅值法
在多普勒信号中有可见度的定义： V Imax Imin I max I min
可见度和球形颗粒度的关系，可近似用第一类一阶贝塞尔函数的形式来
表示：
V 2J1(d p / f ) d p / f
J1：一阶贝塞尔函数 dp：粒子直径 f：干涉条纹间距
2.5 PDPA应用实例
PDPA测量喷射燃料粒子场
两束激光束相交处为测量区域, 在该区域形成干涉条纹, 喷雾场粒子通过该区域, 接收探头接收到折射和散射光信号, 经信号分析和数据处理, 得到粒子速度和粒径信息。
实验结果
左图为PDPA 测量粒径统计分布结果, 横坐标为喷雾粒径, 单位为μm, 纵坐标为统计个数。
1. 由于是激光测量，对于流场没有干扰，测速范围宽， 2. 由于多普勒频率与速度是线性关系，和该点的温度、
压力没有关系； 3. 消除了由于散射光干涉带来的复杂问题； 4. 对采样体的精确确定，使得在测量粒子速度和粒径的
同时，也可以测量粒子的密度和体积流量； 5. 信号处理技术的优势提高了数据的可靠性； 6. 目前还只能被用在固体浓度较低的环境中。
全息摄影与普通摄影的区别

激光多普勒粒子分析PDA课件

高光谱技术可以提供更丰富的粒子信息，结合 PDA技术，可以实现对粒子更准确的分类和识别。
3D打印技术
利用3D打印技术可以制造出更精细、更复杂的粒子捕捉器，提高PDA 的粒子捕捉效率和分辨率。
PDA在未来研究和应用中的潜力和前景
大气环境监测
随着环保意识的提高，对大气环境的监测需求越来越高。 PDA技术可以实现大气中颗粒物的高精度测量，对环境保护和治理具有重要意义。
原理
通过激光照射粒子，测量粒子散射光的多普勒频移来推算粒子的速度、大小和浓度等信息。
PDA的应用领域
流体力学研究
PDA可用于测量流场中粒子的速度、大小和浓度分布，进而研究流体的动力学特性和湍流结构。
燃烧诊断
在燃烧过程中，PDA可用于测量燃料粒子、烟黑粒子等的速度和尺寸分布，揭示燃烧过程的物理和化学机制。
吸入药物研究
针对吸入性药物，PDA技术能够详细分析药物颗粒在呼吸道内的沉积和分布情况，为吸入药物的研发和优化提供重要信息。
05
PDA的未来发展前景
新技术和新方法在PDA中的应用
深度学习算法
将深度学习算法应用于 PDA数据处理和分析，可以提高测量精度和效率，减少人工干预的错误和不确定性。
高光谱技术
04
PDA在实际应用中的案例
环境保护领域中的PDA应用
1 2 3
空气质量监测
PDA技术可以用于测量空气中的微粒物浓度和粒径分布，帮助环保部门实时了解空气质量情况，并制定相应措施。
污染源排放监测
通过PDA技术可以对工厂、燃煤锅炉等污染源的废气排放进行监测，确保污染物排放符合环保标准。
大气环境研究
PDA技术为大气环境研究提供了有力工具，可以分析不同区域、不同时间的大气颗粒物特性，为环境治理提供科学依据。

毕业设计基于多普勒效应的速度测量仪

基于多普勒效应的速度测量仪摘要流场中有各种物理量，比如压力，密度，速度，其中以速度测量最为复杂。

传统的测量方法，如热线热膜流速计、压电探头、机械流速仪、电磁流速计等是接触式的，必须把探头插入流场，对流场有较大干扰，影响测量的真实性和可靠性，并且对于一些特殊的流场如高温烟气、喷燃火焰、腐蚀性流体等也不便于进行接触式测量。

而激光多普勒测速技术(LDV，Laser Doppler Velocimetry)是一种非接触式测量方法。

它以光的多普勒效应为理论基础，利用流体中的散射粒子对入射激光进行散射，并通过光电探测器探测散射光的频率变化，这种频率变化通常称为频移，根据其中包含的速度信息(粒子散射光的频移与粒子速度呈线性关系)得到流体的运动速度。

其动态响应快、空间分辨率高、测量范围大，在测量精度以及实时性上都具有突出的优点。

本文分析比较了现有的激光多普勒测速技术。

针对已有激光多普勒测速仪适用面窄，信号处理能力有限，稳定性和测量精度较差等缺点，提出了一种基于数字信号处理技术的激光多普勒测速仪设计方案。

本文详细介绍了多普勒信号的处理方法，给出了多普勒信号采集卡的硬件实现方案。

第一章叙述了研究该课题的目的和意义。

通过对现有激光多普勒测速技术的分析比较，证明了研制数字信号处理式激光多普勒测速仪的可行性和必要性。

第二章分析了激光多普勒测速仪的工作原理，对差动LDV模型进行了简要介绍，推导出激光多普勒信号的数学模型。

在参考现有LDV光路系统的基础上对传统的差动式LDV模型进行了改造，给出了一种新的光路系统设计方案:一维差动偏振式光路系统。

第三章详细介绍了数字信号处理式激光多普勒测速仪的设计方案。

其中包括基于TMS320C6713的多普勒信号采集卡硬件电路(前向通道、数据存储部分、主机通信部分)和软件设计(外扩EEPROM的在线编程、数据采集卡boot程序、数据采集卡驱动程序)。

第四章给出了多普勒信号处理的具体方法。

主要是以FFT变换为基础的周期图法和峰值逼近法。

激光诊断技术在内燃机方面的应用综述

= v fD ⋅ d f d f = λ / 2距； 2φ 表示两束入射激光的夹角。 λ 表示激光波长；对于一定的光学发射器和激光器来讲， λ 和 φ 是常数，所以， v 和 f D 是一个线性关系式，也是一个精确的物理表达式。 LDV技术从测量一维速度发展到可以测量二维、三维速度，技术越来越成熟。下面介绍现代应用的一种典型的三维LDV的基本工作原理。如图2所示。由氩
示踪粒子进入照相机或高速摄影仪反光镜柱面镜 Nd:YAG激光器分光镜球面镜棱镜流场中的拍摄面
图 3 粒子图象测速技术的成像光路系统
图 4 粒子图像测速技术的粒子图像形成光路
粒子图象测速（Particle Image Velocimetry，简称 PIV）是在 70 年代末由固体力学散斑法发展起来的，是一种基于流场图像互相关分析的非接触式二维流场测量技术。它突破了传统单点测量的限制，可瞬时无接触测量流畅中一个截面上的二维速度分布，且具有较高的测量精度。 PIV 技术基本原理如图 3、图 4 所示。在流场中散布示踪粒子，之后激光从激光器出来后，经过球面镜聚光，棱镜散光，最后有柱面镜形成片状光并射入所测流场区域中，通过连续两次或多次曝光，在胶片上或高速摄影仪（CCD 相机）中记录粒子的图象，最后采用光学杨氏条纹法、自相关法或互相关法，逐点处理 PIV 底片或 CCD 相机记录的图象，获得流场速度分布。如果流场中的粒子浓度（单位容积中包容的粒子数）很高，实际记录在底片上的不是粒子图像，而是粒子群的散斑图象及其三班图象的位移，在早期曾被采用，并称为激光散斑测量技术（LSV）。国际上也通属于粒子图象测速范畴。如果流场中的粒子浓度很稀，在确定粒子位移时常常采用单个粒子的识别和跟踪的方法，一个一个确定该粒子的速度。不同于当前公认的 PIV 方法，成为粒子跟踪测速技术（Particle Tracing Velocimetgry，简称 PTV），但也统称为 PIV。如果流场中的粒子浓度中等，一般讲大约 4～10 对粒子/最小分辨容积内，实际我们不是采用确定单个粒子速度方法，而是采用了确定在该最小分辨容积内所有粒子的统计平均速度的方法，即是当今所谓的粒子图象测速技术。根据采用的记录设备不同， PIV 又分别称 FPIV 或简称 PIV （用胶片作记录）和数字式粒子图象测速 DPIV（用 CCD 相机作记录，不需要湿处理）。随着数字相机（CCD 等）技术时空分辨力的提高，目前绝大多数相关研究中使用的是 DPIV，它已经成为应用的主要方向。

激光多普勒测速

激光多普勒测速1.引言激光多普勒测速技术是伴随着激光器的诞生而产生的一种新的测量技术，它是利用激光的多普勒效应来对流体或固体速度进行测量的一种技术，广泛应用于军事，航空，航天，机械，能源，冶金，水利，钢铁，计量，医学，环保等领域[1-2]。

激光多普勒测速仪是利用激光多普勒效应来测量流体或固体运动速度的一种仪器，通常由五个部分组成：激光器，入射光学单元，接收或收集光学单元，多普勒信号处理器和数据处理系统或数据处理器，主要优点在于非接触测量，线性特性，较高的空间分辨率和快速动态响应，采用近代光-电子学和微处理机技术的LDV系统，可以比较容易地实现二维，三维等流动的测量，并获得各种复杂流动结构的定量信息。

由于上述潜在的独特功能，激光多普勒技术吸引了大量的实验流体力学和其他学科的研究工作者去研究和解决这些问题，使激光测速技术得到飞速发展，成为流动测量实验的有力工具。

激光测速技术的发展大体上可分为三个阶段[1-3]。

第一个阶段是1964 – 1972 年，这是激光测速发展的初期。

在此期间，大多数的光学装置都比较简单，用各种元件拼搭而成，光学性能和效率不高，使用调准也不方便；第二个阶段是1973 – 1980 年，在此期间，激光测速在光学系统和信号处理器方面有了很大的发展。

光束扩展，空间滤波，偏振分离，频率分离，光学频移等近代光学技术相继应用到激光测速仪中。

从1980年到现在，激光测速进入了第三个阶段。

在此期间，应用研究得到快速发展。

在发表的论文中，有关流动研究的论文急剧增加。

多维系统，光纤传输技术以及数字信号处理和微机数据处理技术等的出现把激光多普勒技术推向更高水平，使用调整更加方便。

此外，半导体激光器的应用是其小型化成为可能，推动激光多普勒测速走出实验室，迈向工业和现场应用。

激光的多普勒效应是激光多普勒测速技术的重要理论基础，当光源和运动物体发生相对运动时，从运动物体散射回来的光会产生多普勒频移，这个频移量的大小与运动物体的速度，入射光和速度方向的夹角都有关系[1]。

发动机结冰雾化参数测试方法

航空发动机进气道结冰是危及飞行安全的严重问题，结冰试验是验证数值仿真得到的结冰特性以及防冰系统性能的主要手段，而结冰雾化参数测试则是结冰试验的基础，其重要性不言而喻。

在《航空发动机适航规定》（CCAR-33）、《运输类飞机适航标准》（CCAR-25）和《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》（GJB241A）中，对发动机的结冰条件、结冰试验内容及防冰系统的验证提出了明确的要求，因此需要进行发动机结冰试验，通过制冷、喷雾等系统模拟不同结冰类型和结冰程度，以验证所设计防除冰系统的有效性。

发动机进气截面处的液态水含量、平均有效水滴直径是影响结冰类型和程度的主要雾化参数，也是评价结冰条件是否满足标准规范要求的重要指标。

因此，准确有效地测量液态水含量、平均有效水滴直径，研究各种测试方法以及影响其测量准确度的因素，对确保结冰试验结果的可靠性至关重要。

液态水含量测试方法液态水含量（LWC）是指单位体积的空气中所含有的液态水的质量，在结冰研究中的单位为g/m3。

液态水含量越大，单位时间内撞击在发动机表面的水量越多，则结冰越严重。

液态水含量主要影响结冰类型和结冰形状。

LWC的测量方法主要有冰刀法、热线法、超声波法等。

其中，热线法和超声波法需要专门的测量系统，测量准确、快速，但成本相对较高；冰刀法测量方法及装置简单，但总体效率较低，主要用于测量结果间的对比验证。

冰刀法冰刀法常用的测量装置是冰刀，如图1所示，其原理是将冰刀置于发动机测量段中，一段时间后，工作面就会生长一定量的冰，通过分析冰刀上结冰厚度和结冰时间等参数计算LWC。

冰刀法的优点是简单快捷、成本低，缺点是未考虑结冰过程中液态水蒸发的影响，因为冰刀法测量液态水含量是假设撞击在冰刀工作面的过冷水滴全部冻结，即收集系数为1，而实际的水滴收集系数总是小于1，所以这种方法测得的液态水含量会有误差，而且温度越高，蒸发量越多，误差也越大。

图1 冰刀装置示意热线法热线法分为恒温式和恒压式。

颗粒粒径检测技术应用研究进展

颗粒粒径检测技术应用研究进展张宇萌㊀陈显莹㊀张㊀洋㊀王岩磊㊀王㊀博∗(兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室甘肃省细颗粒物污染控制技术与装备工程研究中心,兰州730000)摘要:颗粒态物质的尺寸测量研究在环境㊁能源㊁材料㊁化工等领域中变得越来越重要,相关的技术和仪器正在不断地开发和改进,以满足当前研究和工业应用对精度和其它方面的要求㊂将粒径测量技术分为采样法和非采样法两种,重点调研了目前广泛应用的非取样法检测技术,包括单颗粒光散射粒径测量法㊁激光干涉成像法㊁激光粒度法㊁激光空气动力学法㊁超声法㊁激光相位多普勒法和图像法㊂全面总结比较了原理组成㊁量程㊁优劣势等特点,同时也回顾了在研究和实际应用中发挥的作用,并分析了在环境监测和细颗粒物研究领域的应用潜力㊂关键词:细颗粒;气溶胶;粒径检测;非采样法;环境监测REVIEW OF METHODS AND APPLICATIONS OF THE PARTICLE SIZEMEASUREMENT TECHNOLOGIESZhang Yumeng㊀Chen Xianying㊀Zhang Yang㊀Wang Yanlei㊀Wang Bo ∗(Gansu Engineering Center of Technology and Equipment for Fine Particles Pollution Control,Key Laboratory ofWestern China s Environmental Systems,Ministry of Education,College of Earth and Environmental Sciences,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China)Abstract :Particle size measurement technology is becoming more and more significant in the fields of environment,energy,materials,chemical industry and so on.Consequently,technologies and instruments are constantly developed and improved tomeet the requirements of current research and industrial application on precision and other aspects.In this paper,the particlesize measurement technologies were divided into sampling method and non-sampling method,in addition the widely used non-sampling method was mainly investigated,including single-particle light-scattering method,laser interference imaging method,laser particle size method,laser aerodynamic method,ultrasonic method,laser phase doppler technology and image method.Furthermore,a comprehensive summary which compared their principle composition,measurement range,advantages were presented,as well their applications in research and industrial fields.These measurement technologies would play an essential role in the future research of fine particle control and environmental protection.Keywords :fine particle;aerosol;size measurement;non-sampling method;environment monitoring㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2020-03-10基金项目:甘肃省重点研发项目(18YF1GA103-2018);中央高校基本科研业务费项目(lzujbky-2019-it29)㊂第一作者:张宇萌(1993-),男,博士,主要研究方向为大气颗粒物治理技术㊂zhangym2015@∗通信作者:王博(1978-),男,博士,教授,主要研究方向为大气污染控制以及旋流分离工程㊂wangbo@0㊀引㊀言颗粒状的物质在人们生活生产中随处可见,固相颗粒包括自然界中的沙土㊁灰尘㊁气溶胶以及生产的药物㊁催化剂等各种各样的粉末颗粒,液相颗粒如雨滴㊁喷雾等,气相颗粒如空穴㊁气泡等㊂颗粒在环境㊁能源㊁材料㊁化工等领域中的作用至关重要,对其检测的研究也受到了众多学者的关注㊂颗粒相的测量参数主要有3类,1)颗粒粒径㊁位置㊁形貌等几何参数;2)速度㊁加速度等运动参数;3)温度㊁浓度等热力学参数[1]㊂其中,颗粒粒径是最为关键的参数之一[2,3]㊂至今已经有很多粒径测量方法被提出㊂按照测量方式,可以将其分为取样法以及非取样法两大类,具体分类及技术如图1所示㊂取样法需要将颗粒物采样后再进行粒度检测,这些方法都存在需要先行收集颗粒的缺点,这无疑破坏了颗粒的流动状态,可能存在误差,而且不能用于液滴㊁气泡等颗粒状物质的粒度检测㊂相比之下,非采样法可以在环境中直接检测颗粒㊂本文就主流的非采样粒度检测法进行介绍,包括原理㊁应用以及近些年的发展和研究,总结对比其优势及局限性,并展望粒度检测设备发展的方向和前景㊂图1㊀颗粒粒度检测技术分类1㊀技术介绍1.1㊀单颗粒光散射粒径测量方法1)测量原理㊂单颗粒光散射粒径测量法利用光散射原理,通过测量颗粒物受光照射后所发出的散射光信号大小来测量颗粒的粒径分布和浓度,其组成和工作原理如图2所示㊂由于具有测量速度快㊁重复性好及适于在线测量等优点而被广泛应用㊂目前使用较广泛的产品有国产OPC-06㊁美国TSI 公司OPC 9500㊁美国TSI 公司OPS 3330等,这些设备都是采用激光作为光源,保证信号强度和灵敏度㊂图2㊀单颗粒光散射粒径测量法的组成和原理2)应用研究进展㊂最早的光散射法光学颗粒计数器,由白光照明可针对低浓度颗粒物进行数量和尺寸分布的测量[4]㊂随着激光等技术的进步,发展出了光学粒径谱仪等仪器,除了颗粒计数㊁粒径分布测量功能外,还能得出质量浓度㊂目前使用这些仪器的应用包括:海洋大气气溶胶粒子数浓度时空分布和粒径谱特征[5];空气中颗粒污染物粒径分布[6];洁净室洁净度级别评价[7];衡量除尘器的去除效率[8];激光烧蚀过程中粒径分布的演变[9]等㊂单颗粒光散射测量法可以方便㊁快速㊁准确的得到测量区域的粒径分布和数量浓度,但其粒径测量范围多在0.1~25μm,在上述研究中该仪器也常与其它不同量程的粒度分布测量方法联用㊂3)单颗粒光散射粒径测量法优势在于:①测量重复性好,对标准颗粒的测量重现性偏差可以限制在1%~2%;②测量速度快,一次测量可以在1min 内完成,实时性好㊂③智能化程度高,操作简单,且体积小,便于携带㊂劣势在于:①粒径检测量程小,一般为0.1~25μm;②需要对仪器进行周期性标定;③受环境湿度影响较大㊂1.2㊀激光干涉成像方法1)测量原理㊂激光干涉成像测量法是利用散射光的干涉图像,从中提取粒子信息,其装置和原理如图3所示㊂由于干涉测量主要依靠干涉粒子条纹图的频谱信息,而条纹数与照明光强无关,因此干涉测量方法要比基于强度的测量方法具有更高的测量精度㊂除此之外,激光干涉成像测量所用到的信息提取技术对图像处理速度较快,该技术对于颗粒的在线测量方面具有很大潜力㊂图3㊀激光干涉成像测量原理2)应用研究进展㊂激光干涉成像测量技术由于具有不干扰粒子场㊁测量精度高等特点,在粒子场的尺寸和速度测量领域得到了广泛的关注,包括平面Mie 散射干涉仪㊁干涉激光粒子尺寸成像技术㊁Mie 散射成像技术和平面粒子图像分析等㊂近些年来,利用其开展的研究领域主要包括对喷雾液滴[10]㊁气泡[11]㊁冰核[12]以及单个液滴蒸发[13]的测量㊂为了进一步实现粒子测量过程的优化,针对高浓度场测量等场景也开展了进一步的研究[14,15]㊂3)激光干涉成像测量技术优势在于:①可以直观地反映两相流流场的粒径在不同区域的分布规律;②能够精确到纳米;③具有在线测量潜力㊂劣势在于:①对传感器摆放角度有较高的要求;②图像信息提取的准确度会对高浓度粒子场的测量产生影响㊂因此,通过改进粒子信息提取算法来提高其测量精度是它在粒子场的粒径及分布的测量研究关键的技术问题之一㊂1.3㊀激光粒度法1)测试原理㊂激光衍射/散射测量技术也称为小角激光光散射测量技术,其原理是平行光照射到待测粒子群发生衍射现象,衍射散射光的强度分布与测量区域中被照射的粒子直径和粒子数有关,探测器接收散射光强度信号并传送给计算机,进而解出被测粒子的平均粒径及尺寸分布㊂激光粒度分析仪[16]就是根据该原理开发出来的㊂其基本结构如图4所示㊂图4㊀激光粒度分析仪的结构原理2)应用研究进展㊂激光粒度仪以激光作为探测光源,具有测量范围宽㊁测量速度快㊁非接触在线测量㊁重复性好等一系列优点,其中一些已经被商业仪器所采用,广泛应用于化工㊁制药㊁建筑㊁冶金㊁水文㊁地质等各个领域㊂激光粒度仪的国外厂商主要包括英国Malvern㊁德国Sympatec㊁美国Microtrac 以及英国XOPTIX 公司等㊂近几年,中国丹东百特㊁济南微纳㊁珠海欧美克,英国Malvern 和XOPTIX,美国PPS,德国Sympatec 等激光粒度仪厂家都推出了粉体在线激光粒度分析仪㊂3)激光粒度仪优势在于:①可实现从亚纳米到微米测量范围;②操作简便且测试速度快;③测量结果重复性和真实性好㊂劣势在于:①分辨率低;②校准困难㊂表1总结了目前使用较多的激光粒度仪型号和应用领域㊂未来激光粒度仪的发展趋势:一方面是提高测量准确度以及增强复杂信号的处理能力,另一方面则是提升仪器的智能化和模块化水平㊂1.4㊀激光空气动力学粒径检测法1)测试原理㊂在混有气溶胶颗粒的加速气流中,由于不同粒径颗粒的惯性不同,会产生不同的加速度㊂每个颗粒通过加速气流后进入已知间距的两束激光会产生两个连续的散射光信号,之后转换为电㊀㊀表1㊀国内外激光粒度分析仪对比品牌型号/系统测试范围/μm 测量方式应用领域英国Malvern MS20000.02~2000离线水文泥沙㊁地质土壤英国Malvern MS30000.01~3500丹东百特BT30000.01~3500英国XOPTIX TRUEWAY-XOPTIX 0.1~1100在线水泥㊁石油㊁化工㊁建材德国Sympatec MYTOS&TWISTE 0.25~3500在线工业粉尘㊁医药生产美国PPS 780online0.15~2500在线分散体在线粒径检测和监控济南微纳Winner73030.1~300在线水泥粉磨㊁分级生产过程丹东百特BT-online 0.1~1000在线食品㊁粉体㊁水泥㊁精细化工英国Malvern Insitec 0.5~1000在线制药㊁水泥㊁矿物㊁粉末涂料㊁金属粉末英国Malvern Spraytec 0.1~2500在线液体喷雾珠海欧美克DP-021~1500在线液体喷雾脉冲信号,这两个连续的电脉冲信号间隔即为颗粒的飞行时间㊂基于不同粒径的颗粒的飞行时间不同,可以得到每个颗粒的空气动力学粒径㊂激光空气动力学粒径检测法测量原理如图5所示,其可测粒径范围为0.5~20μm(空气动力学直径),0.37~20μm(光散射直径)㊂2)应用研究进展㊂目前具有代表性的空气动力学粒径谱仪为美国TSI 公司生产的APS 3321型空气动力学粒径谱仪㊂应用空气动力学粒径谱仪的研究主要包括气溶胶测量㊁环境毒理学以及便携式采样器图5㊀激光空气动力学粒径检测法组成和原理的研发,在气溶胶测量方面,空气动力学粒径谱仪受颗粒物的折射系和密度影响较小,相较于其他方法,可得到较为真实的粒子粒径分布和浓度[17]㊂在环境毒理学方面,对于如今广泛使用的工程纳米材料,研究其对于人体健康的影响[18],以及吸烟对于人体气管支气管的影响[19]㊂空气动力学粒径谱仪可以对于微小粒子做到有效的收集分析,得到精确数据,进而确定背景值以及实测值㊂3)空气动力学粒径谱仪优势在于:①测量结果受颗粒物折射率㊁密度㊁形状等因素较小;②粒径测量范围的高分辨率;③避免了米式震荡带来的干扰㊂劣势在于:①重叠事件干扰;②得到的是空气动力学直径,会影响得到的粒径数据准确性;③测量量测较小㊂1.5㊀超声法1)测试原理㊂声波在介质中传播时,其强度随传播距离的增加而逐渐减弱,这种现象被称为声衰减㊂超声波在传播过程中的能量损失主要包括吸收㊁热损失㊁粘性损失和声散射四种,超声法正是利用检测这些能量损失来测量颗粒性质,测量流程包括理论模型建立㊁衰减谱测量以及数据反演三个过程,示意如图6㊂范围为10nm~3000μm,可测最高浓度达70%㊂图6㊀超声法工作原理及声衰减主要机制2)应用研究进展㊂具有代表性的理论模型包括U.Riebel类比Beer-Lambert模型[20]和A.S.Dukhin 提出的耦合相模型[21]等㊂目前商用仪器主要包括英国Malvern-Ultrasizer,德国Sympatec-OPUS和美国Dispersion Technologies-DT100至DT500系列仪器㊂应用超声法的研究主要包括结晶过程监测㊁高浓度矿浆测试㊁纳米物质测试以及气溶胶测量等[22]㊂在测量高浓度两相流时,超声信号会随着尺寸㊁浓度和密度的变化而有很大衰减,为了获得更精确的测量结果,可以对声衰减理论模型进行修正[23]或者采用多次回波信号分析测量[24]等方式㊂此外,超声法粒径检测对于纳米物质的测量具有很好的适用性,可以检测粒径为10nm的颗粒物[25]㊂3)超声法优势在于:①可以实现高浓度颗粒的在线测量;②无需对样品稀释,避免了由此带来的团聚㊁污染等问题;③削弱颗粒形状对测量的影响;④可测粒径范围宽,无需标定㊂其劣势在于:①单次测量随机性比较大;②易受到噪声以及气泡的影响㊂③所采用的超高频宽带换能器制作困难,价格也比较昂贵㊂1.6㊀激光相位多普勒技术1)测试原理㊂激光相位多普勒粒子分析仪(PDPA)可以同时测量颗粒速度和粒径㊂测速通过检测差动多普勒频率,粒径测量则是根据米氏散射理论,采用相位差法,即把多个检测器采用不对称方法放置,将各检测器产生的信号进行比较,各检测器信号间呈现相位差,相位差与粒子直径成线性关系㊂PDPA的组成和工作原理如图7所示㊂测速范围是-100~600m/s,可测粒径范围是1~1000μm,此范围还可通过更换发射镜头加以扩大㊂图7㊀PDPA的组成和工作原理2)应用研究进展㊂PDPA仪器的发展已经比较完善,主要包括美国TSI和丹麦DANTEC公司生产的PDPA系统㊂利用PDPA开展相关研究的领域包括喷雾㊁旋转分离装置㊁鼓泡塔以及风洞风沙研究等㊂其中喷雾研究占比最多,包括喷嘴开发和效率测试[26],内燃机喷雾燃烧[27],闪蒸喷雾[28]等,这些喷雾颗粒由于组成不同,折射率等光学参数也不同,但PDPA都表现出良好的测试精度㊂在旋转分离装置方面,包括常见的旋风分离器[29]和水力旋流器[30],主要测试内部不同位置的流场和颗粒粒径大小㊂而且,PDPA也被用于测试实心颗粒的粒径大小[31]㊂3)PDPA优势在于:①多普勒频率信号和粒径㊁速度等待测参数是线性关系,和温度㊁压力没有关系;②对流场没有干扰;③测量量程大;④可以同时测量粒子粒径和速度,甚至颗粒的密度和体积流量㊂劣势在于:①购买成本高;②目前还只能被用于固体浓度较低的环境中,体积浓度<1%的流动;③单点测量;④对于球形粒子的测量精度更好㊂1.7㊀图像法1)测试原理㊂图像法即采用相机记录颗粒图像,然后经过处理后读取颗粒粒径等相关参数,传统的图像法采用CCD 或CMOS 两种主流的图像传感器记录,测量量程可以达到微米级别[32,33]㊂目前,关于图像法受到学者最多关注的是激光数字全息技术㊂数字全息(Digital Holography,DH)[34]采用数字记录与数值重建,能够方便地对全息图进行记录㊁传输㊁保存㊁重建及后处理,示意如图8所示㊂近年来,数字全息技术与同样相干光源的PIV㊁PTV 等技术结合,发展出了可以测量三维速度的数字全息粒子图像测速和数字全息粒子跟踪测速等颗粒检测技术㊂图8㊀激光数字全息技术的组成和工作原理2)应用研究进展㊂数字全息技术作为一种新兴的测量技术,由于本身具有较为复杂的设备搭建㊁算法处理等流程,目前还有围绕它的大量的理论㊁实验研究进行[35],主要包括颗粒全息噪声抑制和处理[36]㊁㊀㊀数字全息装置布置[37]㊁颗粒图像重建和信息提取算法[38]㊁实验应用验证[39]㊁重叠粒子处理[40]等㊂在应用方面,该技术主要被使用于获得流场中颗粒的粒径大小㊁三维位置等信息,研究领域包括喷雾液滴及气泡[41]㊁固体颗粒[42]㊁燃烧颗粒[43]㊁纳米颗粒[44]㊁气溶胶粒子[45]甚至是细胞㊁微生物等生物颗粒[46]㊂利用数字全息技术可以得到拍摄视野内整个流场中颗粒的大小㊁位置分布㊁形貌等信息㊂与PIV 和PTV 技术结合后的HDPIV /HDPTV 技术可以进一步获得颗粒的三维速度,其应用也集中于气固两相流[47]㊁喷雾[48]㊁液滴气泡形成破碎[49]等研究,粒径测量可以达到纳米级别,速度测量也可以达到千米每秒以上㊂3)数字全息技术优势在于:①直观观察,可以同时监控颗粒的动态;②测量量程大,可以根据需求自行设计;③可以针对整个颗粒场进行测量㊂劣势在于:①平台搭建复杂,降噪㊁图像重建算法都需要开发;②对使用者的光学基础要求较高;③花费较大㊂2㊀结㊀论颗粒态物质的研究和检测在环境㊁能源㊁材料㊁化工等学科领域中有着重要意义,粒径作为颗粒的重要参数之一,显著影响到燃烧㊁分离㊁输送㊁大气传输等过程㊂因此,颗粒粒径检测技术也取得了迅速的发展和进步㊂将这些检测技术按照检测方式,分为采样法和非采样法,重点介绍了较为先进的非采样法技术,调研了研究进展㊁应用领域㊁优劣势等,总结如表2㊂表2㊀颗粒粒径检测技术总结检测方法仪器检测范围优势劣势单颗粒光散射粒径测量方法光学颗粒计数器㊁光学粒径谱仪0.1~25μm技术成熟㊁设备操作简单㊁体积小㊁测量速度快量程小㊁需要标定㊁湿度影响大激光干涉成像法激光发生器㊁CCD 自组装范围大同时测量尺寸分布三维位置设备搭建和粒子图像信息的提取算法复杂激光粒度仪法激光粒度仪0.02~3500μm操作简单㊁范围宽分辨率低㊁校准困难激光空气动力学粒径检测法空气动力学粒径谱仪0.5~20μm (空气动力直径)0.37~20μm(光散射直径)分辨率高㊁稳定性好㊁操作方便浓度不能过高㊁会受到颗粒重叠干扰㊁空气动力学直径㊁量程小超声法基于超声散射衰减谱的颗粒粒径分析仪0.005~1000μm高浓度㊁无需稀释㊁可测范围大需多次测量㊁易受影响㊁造价高激光相位多普勒技术PDPA粒径1μm ~1000μm 速度-100~600m /s可以同时测量速度和粒径㊁范围广㊁结果可靠单点测量㊁浓度不能过高㊁花费大图像法激光发生器㊁CCD㊁镜头㊁图像处理器自组装范围大直观㊁自行装配㊁量程大㊁整个颗粒场检测搭建和算法复杂㊁光学要求高㊁花费大㊀㊀这些技术都是针对某些需求研发,每个技术的特点和优势不同,检测目标和和精度也都有所差距㊂激光相位多普勒和激光数字全息等技术,使用限值条件多,操作复杂,成本高,更多应用于实验室科学研究,这些仪器非常精密,但要承担一部分设备和算法的研发工作㊂而光学颗粒计数器㊁空气动力学粒径谱仪等仪器使用简单,操作方便,已经广泛应用于环境监测等领域㊂为一项研究或应用选择合适的测量系统,取决于待测样本的性质㊁应用环境㊁实际测量或实验室应用㊁精度要求以及价格㊂例如,在稀疏气固两相流单点的粒径和流场测量方面,激光相位多普勒技术是比较合适的㊂如果是整个流场的测量,则可以选择使用激光数字全息㊂空气动力学粒径谱仪㊁光学颗粒计数器适合于大气颗粒物的检测,激光粒度仪法在低浓度㊁大范围的颗粒粒径测量有优势,而超声法则更适合处理高浓度颗粒㊂本文讨论的许多用于颗粒尺寸测量的技术将继续在诸多领域发挥日益重要的作用,包括燃烧㊁液滴和颗粒测量㊁喷嘴特性㊁粉末制造技术㊁工业过程控制㊁大气污染和环境监测㊂对于未来的发展方向,也可以分别对学术用途较多的方法和实际应用于工业过程的方法分别提出㊂对于科研使用粒度仪的发展在于精度的提升以及拓展应用,而实际应用中由于恶劣多尘的环境㊁不稳定的速度和不均匀的颗粒分布则更加复杂,一方面要探索实验室技术转化为可应用技术的方案,另一方面也要进一步注重智能化㊁简单化设计㊂参考文献[1]㊀吴迎春.数字颗粒全息三维测量技术及其应用[D].杭州:浙江大学,2014.[2]㊀杜勇乐,刘鹤欣,谭厚章,等.燃煤水泥窑尾颗粒物粒径分布及污染特征[J].环境工程,2019,37(9):113-118.[3]㊀叶荣民,王洪涛,董敏丽,等.舟山市大气细颗粒物组分特征及其污染来源解析[J].环境工程,37(5):125-131. 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