基于列處理的plif濃度場標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了一種基于列處理的PLIF濃度場標(biāo)定方法，特別是在非均勻濃度場下，標(biāo)定平面激光誘導(dǎo)濃度場的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]常見的平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)(PLIF)，一般采用半圓柱透鏡將激光束轉(zhuǎn)換為扇形片光。片光平面強(qiáng)度呈高斯分布，中間能量強(qiáng)，兩邊能量弱，造成熒光溶液濃度一樣，但熒光強(qiáng)度呈高斯分布，為此，需要對片光的高斯分布進(jìn)行修正。目前常用的幾種商業(yè)PLIF測量系統(tǒng)所帶軟件基本都具有高斯校正的功能。
[0003]扇形片光的激光能量散布面大，有效利用率低下，因此，拍攝的濃度場范圍較小，多為十幾厘米見方的小區(qū)域，很多時(shí)候不能滿足測量需求。如果將以往片光源的光學(xué)組件改為使用鮑威爾棱鏡擴(kuò)束，菲涅爾透鏡再聚光后形成平行光片，不僅可以獲得較為均勻的光強(qiáng)分布，而且有效測量區(qū)域能大幅增加。
[0004]PLIF系統(tǒng)濃度檢測的度量基礎(chǔ)和精確度很大程度取決于檢測前的濃度標(biāo)定環(huán)節(jié)。鮑威爾鏡與菲涅爾鏡組合產(chǎn)生的平行片光不同于以往常用的扇形片光，具有其獨(dú)特性，片光由一系列密集的、平行的明暗相間條紋組成。而目前尚未有相應(yīng)的標(biāo)定方法。為使PLIF濃度檢測完善、精確，在研發(fā)過程中，建成了本濃度標(biāo)定有關(guān)設(shè)備并確定了標(biāo)定方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請的發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有的檢測方法不能精確地標(biāo)定出非均勻濃度場的待測溶液的問題，而提供一種基于列處理的PLIF濃度場標(biāo)定方法。
[0006]為了完成本申請的發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明的一種基于列處理的PLIF濃度場標(biāo)定方法，它包括以下步驟:
[0008](I)樣本溶液的配制:
[0009]用0-0.8ppm濃度的熒光素鈉配置成若干個(gè)濃度均勻的樣本溶液；
[0010](2)用經(jīng)菲涅爾鏡擴(kuò)展得到的平面激光分別照射上述若干個(gè)濃度均勻的樣本溶液，得到若干個(gè)初始的片光明暗條紋圖像；
[0011 ] (3)對上述每個(gè)初始的圖像進(jìn)行灰度處理，得到若干灰度值分布圖，每個(gè)灰度值分布圖中包含有P行Xq列個(gè)網(wǎng)格的灰度值；
[0012]其中:
[0013](4)對上述灰度值分布圖的濃度和灰度關(guān)系進(jìn)行分析:
[0014]⑴取各個(gè)濃度下，灰度值分布圖中第一列首行網(wǎng)格的灰度值F1作為縱坐標(biāo)，將濃度作為橫坐標(biāo)，作出圖像，將各個(gè)濃度下的上述灰度值F1點(diǎn)繪在坐標(biāo)圖像上，利用最小二乘法將各濃度下的灰度數(shù)據(jù)擬合成過原點(diǎn)的直線，將該直線記錄在計(jì)算機(jī)中；
[0015](ii)重復(fù)步驟(i)，依次取各個(gè)濃度下，灰度值分布圖的第2-n列的首行網(wǎng)格灰度值，分別得到2-n個(gè)列的灰度擬合直線；
[0016](5)衰減系數(shù)的求解:
[0017](i)在灰度值分布圖中，提取每個(gè)濃度下的網(wǎng)格灰度值；
[0018](?)將同一列各行網(wǎng)格的灰度值Fn與同一列首行網(wǎng)格的灰度值F1相比，經(jīng)過運(yùn)算處理得到-1n (F1ZF1)；
[0019](iii)在同一濃度下，以各網(wǎng)格所在行的位置為橫坐標(biāo)，以用同一列的不同行網(wǎng)格的-1n(F1ZF1)值為縱坐標(biāo)畫出圖形，通過最小二乘法將上述圖形擬合成一段過原點(diǎn)的直線，得到Π。」，H?！篂樯鲜鰯M合直線的斜率；重復(fù)上述步驟得到不同濃度和不同列下的Π。」，將Lj存入數(shù)據(jù)庫，其中c為濃度,j為列數(shù)；
[0020](iv)將不同濃度下，同一列的作圖，以不同濃度為橫坐標(biāo)，以為縱坐標(biāo)，得到H?！箞D像，通過最小二乘法將上述圖形擬合成一段過原點(diǎn)的直線，將各列的H?！瓜禂?shù)擬合直線存入數(shù)據(jù)庫中；
[0021](6)非均勻濃度場的計(jì)算:
[0022](i)用經(jīng)菲涅爾鏡擴(kuò)展得到的平面激光照射非均勻濃度的待測溶液，得到初始片光明暗條紋圖像；
[0023](ii)對上述⑴步驟的初始片光明暗條紋圖像進(jìn)行灰度處理，得到待測溶液的灰度值分布圖；
[0024](iii)從計(jì)算機(jī)中調(diào)取上述步驟⑷的Ι-n列的濃度灰度擬合直線，和步驟(5)的(iv)步的Ι-n列的η?！瓜禂?shù)擬合直線；
[0025](iv)從上述待測溶液的灰度值分布圖中提取第一列首行的灰度值，對照上述步驟
(4)的第一列的濃度灰度擬合直線，從該直線中查出對應(yīng)的第一列首行網(wǎng)格的濃度Ctl11，即得到了待測溶液的第一列首行網(wǎng)格的濃度C11 ;根據(jù)該濃度C11,對照上述步驟(5)的(iv)步第一列的H?！瓜禂?shù)擬合直線，查出第一列首行網(wǎng)格H11值，再從上述待測溶液的灰度值分布圖中提取第一列第二行的灰度值，對照步驟(4)的第一列的濃度灰度擬合直線，從該直線中查出對應(yīng)的第一列第二行網(wǎng)格的濃度Ctl12，計(jì)算得出C12 = C°12*e(nmQ)，得到第一列二行網(wǎng)格的濃度C12;根據(jù)該濃度C12，從步驟(5)第一列的％系數(shù)擬合直線中，查出H12值，再從上述待測溶液的灰度值分布圖中提取第一列第三行的灰度值，對照上述步驟(4)的第一列的濃度灰度擬合直線，從該直線中查出對應(yīng)的第一列第三行網(wǎng)格的濃度Ctl13，算出C13 =C°13*e(nll*Q+nl2*Q);依此類推，得到Clx = C°lx*e(nll*Q+nl2*Q……+ ?，)，其中Q為一個(gè)網(wǎng)格的像素個(gè)數(shù)，X為第一列的網(wǎng)格數(shù)，由此得到待測溶液的灰度值分布圖中的第一列的濃度；
[0026](V)重復(fù)步驟(iv)，計(jì)算出待測溶液的灰度值分布圖中的2-n列的濃度，最終得到待測溶液的濃度；
[0027]本發(fā)明的一種基于列處理的PLIF濃度場標(biāo)定方法，其中:所述的步驟(I)中配制10-30個(gè)濃度均勻的樣本溶液；
[0028]本發(fā)明的一種基于列處理的PLIF濃度場標(biāo)定方法，其中:在步驟(3)和步驟(6)的Qi)中的對每個(gè)初始的片光明暗條紋圖像中進(jìn)行灰度處理的方法如下:
[0029](a)、采集從菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖，得到該片光圖中的每個(gè)像素的灰度值；
[0030](b)、沿著平行于像素行的方向，將上述灰度圖平均分割成P行，再沿著垂直于像素行方向?qū)⑸鲜龌叶葓D平均分割成q列，使該灰度圖分割成P行X q列個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格的大小相同；
[0031](c)、設(shè)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)有m行η列個(gè)像素，將每列的m個(gè)像素灰度值求和，得到η個(gè)和值，求取η個(gè)和值的最大值，并記錄下該網(wǎng)格的對應(yīng)列號(hào)，即為最大值列號(hào)；
[0032](d)、保留步驟(C)的最大值列號(hào)的灰度值或最大值列號(hào)的灰度值及其左右的1-2列的灰度值，將所有保留的列定義為此網(wǎng)格內(nèi)的一個(gè)亮線列，而其余列的灰度值被賦值為零，該網(wǎng)格的灰度值為該亮線列的平均灰度值；
[0033](e)、重復(fù)步驟(C)和(d)，求取pXq個(gè)網(wǎng)格的亮線列的平均灰度值，得到整個(gè)片光圖的灰度值分布圖，每個(gè)灰度值分布圖中包含有P行Xq列個(gè)網(wǎng)格的灰度值。
[0034]本發(fā)明的一種基于列處理的PLIF濃度場標(biāo)定方法，其中:所述的步驟(2)中每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)m行或η列均包含8-15個(gè)像素；
[0035]本發(fā)明的一種基于列處理的PLIF濃度場標(biāo)定方法，其中:所述的平均灰度值為上述一個(gè)亮線列所有像素的灰度值的總和除以該亮線列所包含像素的個(gè)數(shù)；
[0036]本發(fā)明的一種基于列處理的PLIF濃度場標(biāo)定方法，其中:所述步驟(2)至步驟
(6)均是用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行輔助運(yùn)算。
[0037]使用本發(fā)明的標(biāo)定激光誘導(dǎo)濃度場的方法可以通過標(biāo)定濃度均勻場中，溶液濃度與灰度的關(guān)系和濃度與Hcu.系數(shù)的關(guān)系，來推算出非均勻濃度場中的溶液濃度，從而通過片光圖準(zhǔn)確地推算出非均勻濃度場中的溶液濃度。
【附圖說明】
[0038]圖1為在濃度均勻場中，在各種濃度下，首行第一列的灰度值與濃度的關(guān)系直線，在圖1中，以首行第一列的灰度值作為縱坐標(biāo)，以濃度作為橫坐標(biāo)；
[0039]圖2為在濃度均勻場中，在各種濃度下，首行第二列的灰度值與濃度的關(guān)系直線，在圖2中，以首行第二列的灰度值作為縱坐標(biāo)，以濃度作為橫坐標(biāo)；
[0040]圖3為在濃度均勻場中，在各種濃度下，首行第三列的灰度值與濃度的關(guān)系直線，在圖3中，以首行第三列的灰度值作為縱坐標(biāo)，以濃度作為橫坐標(biāo)；
[0041]圖4為圖1至圖3的合成圖，在圖中，以灰度值為縱坐標(biāo)，以濃度作為橫坐標(biāo)；
[0042]圖5為用于推求Jlcu.系數(shù)的熒光強(qiáng)度衰減直線；在該圖中以所在行的位置為橫坐標(biāo)；以-1n(FlxZFlj)為縱坐標(biāo),所擬合成的直線,在該圖中,標(biāo)有+為第一列，標(biāo)有*為第二列，標(biāo)有ο的為第三列；(FJF1P為同一列中、不同行的灰度值與首行灰度值的比值；
[0043]圖6為第一列的濃度與Π cJ系數(shù)的擬合系數(shù)直線，其中以濃度為橫坐標(biāo)，以Π系數(shù)為縱坐標(biāo)；
[0044]圖7為第二列的濃度與η cJ系數(shù)的擬合系數(shù)直線，其中以濃度為橫坐標(biāo)，以Π系數(shù)為縱坐標(biāo)；
[0045]圖8為第三列的濃度與η cJ系數(shù)的擬合系數(shù)直線，其中以濃度為橫坐標(biāo)，以η μ系數(shù)為縱坐標(biāo)；
[0046]圖9為通過菲涅爾透鏡后的激光形成的片光圖，在該片光圖中包括:多條明線和暗線相間組成的圖像，將該圖像劃分成P行和q列；
[0047]圖10用本發(fā)明的方法處理圖9片光圖后得到的灰度值分布圖；
[0048]圖11為由圖9的片光圖的P行和q列劃分出來的一個(gè)網(wǎng)格片光圖的放大示意圖；
[0049]圖12為用本發(fā)明的方法處理后的圖11的一個(gè)網(wǎng)格片光圖的放大示意圖。
[0050]在圖9、圖11和圖12中，標(biāo)號(hào)I為P行，標(biāo)號(hào)2為q列，標(biāo)號(hào)3為亮線列。
【具體實(shí)施方式】
[0051]本發(fā)明的一種基于列處理的PLIF濃度場標(biāo)定方法，它包括以下步驟:
[0052](I)樣本溶液的配制:
[0053]用0-0.8ppm濃度的熒光素鈉配置成若干個(gè)濃度均勻的樣本溶液，配制10_30個(gè)濃度均勻的樣本溶液；
[0054](2)用經(jīng)菲涅爾鏡擴(kuò)展后得到的平面激光分別照射上述若干個(gè)濃度均勻的樣本溶液，如圖9所示，得到若干個(gè)初始的片光明暗條紋圖像；
[0055](3)對上述每個(gè)初始的圖像進(jìn)行灰度處理進(jìn)行如下處理步驟:
[0056](a)、如圖9所示，采集從菲涅爾透鏡產(chǎn)生的片光圖，得到該片光圖中的每個(gè)像素的灰度值；
[0057](b)、如圖9所示，沿著平行于像素行的方向，將上述灰度圖平均分割成P行(如圖9標(biāo)號(hào)I所示)，再沿著垂直于像素行方向?qū)⑸鲜龌叶葓D平均分割成q列(如圖9標(biāo)號(hào)2所示)，使該灰度圖分割成P行Xq列個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格的大小相同；
[0058](C)、如圖11所示，設(shè)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)有m行η列個(gè)像素，每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)m行或η列均包含8-15個(gè)像素,將每列的m個(gè)像素灰度值求和,得到η個(gè)和值,