Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Оптические приборы и системы

Диссертационная работа:

Имшенецкий Александр Ильич. Разработка и расчет оптико-электронных систем диагностики потоков жидкости и газа : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.07 : М., 2005 154 c. РГБ ОД, 61:05-5/3688

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ПРИНЦИП РАБОТЫ КОЛАР СИСТЕМ 15

1.1 Анализ рефракционных методов 15

1.2 Теория КОЛАР метода 17

1.3 Требования к источникам излучения 23

1.4 Требования к приемникам излучения 25

1.5 Требования к компьютеру и программным средствам 31

1.6 Выводы по первой главе 33

2 РАСЧЕТ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ФОРМИРОВАНИЯ ЛАЗЕРНОЙ ПЛОСКОСТИ 35

2.1 Оптические системы формирования лазерной плоскости 35

2.2 Расчет оптической системы формирования ЛП 37

2.2.1 Однолинзовая оптическая система 37

2.2.2 Двухлинзовая оптическая система 47

2.3 Программная реализация алгоритма расчета лазерной плоскости 51

2.3.1 Программа Laser Sheet 51

2.3.2 Методика расчета параметров оптической системы с помощью программы LaserSheet 54

2.3.3 Тестирование программы LASER SHEET 57

2.4 Выводы к главе 61

3 ВЫБОР ПРИЕМНОЙ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ 63

3.1 Анализ характеристик цифровых фотоприемных систем 63

3.1.1 Общие сведения 63

3.1.2 ЧувствительностьПЗС 71

3.2 Выбор цифровых фотоприемных систем 78

3.2.1 Методика тестирования 78

3.2.2 Результаты визуального сравнения 79

3.3 Выводы к главе 82

4 АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ ОБРАБОТКИ РЕФРАКЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ 84

4.1 Анализ методов и алгоритмов обработки дискретных/цифровых

изображений 84

4.1.1 Обработка изображений, предназначенных для зрительного восприятия или автоматического анализа 84

4.1.2 Алгоритмы обработки изображений 88

4.2 Программное обеспечение для обработки рефракционных картин 96

4.2.1 Блок определения центра лазерного пучка программы Image Center

4.2.2 Блок определение профиля лазерной плоскости программы Image Center 102

4.2.3 Алгоритм и программная реализация определения уширения лазерной плоскости Width Measure 106

4.3 Выводы к главе 108

5 ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛАР СИСТЕМ 110

5.1 Определение центра лазерного пучка 110

5.1.1 Влияние смещения центра лазерного пучка на точность определения его центра ПО

5.1.2 Влияние радиуса лазерного пучка на точность определения его центра 111

5.1.3 Влияние шумов на точность определения центра лазерного пучка „113

5.1.4 Рекомендации к проведению экспериментов 117

5.1.5 Примеры обработки экспериментальных изображений в программе 118

5.2 Определение смещения ЛПл 120

5.3 Определение толщины лазерной плоскости 122

5.3Л Понятие времени перемешивания 122

5.3.2 Результаты обработки рефракционных картин 125

5.3.3 Метод двух скрещенных лазерных плоскостей 129

5.4 Выводы к главе 130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 132

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 136

ПРИЛОЖЕНИЯ  

Введение к работе:

Актуальность темы

Представленная диссертация посвящена разработке и расчету оптико-электронных систем диагностики потоков жидкости и газа, использующих явление рефракции лазерной плоскости в оптически неоднородных средах. Основными элементами данных систем являются: источники излучения -лазеры, блоки формирования лазерных пучков специальной формы (лазерных плоскостей), фотоприемные блоки на базе ПЗС матриц, компьютеры Pentium IV-го поколения и пакеты прикладных программ. Разрабатываемые оптико-электронные системы предназначены для определения пространственных градиентов параметров исследуемого потока в выбранном сечении (2D-диагностика).

В настоящее время методы лазерной диагностики потоков переживают свое второе рождение, связанное с широким распространением цифровых видеокамер на ПЗС структурах и мощных компьютеров. Стало возможным решение задач механики жидкости и газа, которые раньше не могли быть решены в силу технических ограничений. Широкому внедрению этих методов препятствует отсутствие методики расчета основных элементов оптико-электронных систем и специализированных компьютерных программ обработки рефракционных картин.

Цель работы

Целью настоящей работы является разработка и расчет оптико-электронных систем диагностики потоков жидкости и газа, основных на использовании астигматических лазерных пучков и адаптированных для цифровых методов регистрации и обработка информации.

Цель определила основные научно-технические задачи, решаемые в данной
диссертационной работе: анализ требований к элементам электронно-
оптической системы, реализующей компьютерно-лазерный
рефрактометрический метод исследования неизотермических потоков,
разработка алгоритмов и компьютерной программы расчета оптической системы
формирования лазерной плоскости из осесимметричного гауссового пучка,
методику выбора и расчета приемной цифровой системы, разработку
алгоритмов и программы обработки рефракционных картин,
экспериментальную проверку работы созданных оптико-электронных систем.

Связь с государственными программами и НИР

Результаты, полученные в диссертационной работе, использовались при выполнении научных работ по грантам РФФИ (проект №00-02-17520), Минобразования РФ (проект № 1109 заДООЗ г), МКНТ (проект № 1.55 за 2004 г.)

РОС НАЦИОНАЛЬНА а БИКЛНОТЄМ

и ИНТАС (проект № 00-0135), а также при постановке лабораторных работ по курсу «Лазерная интерферометрия» на кафедре физики МЭИ (ТУ).

Методы исследований

Методы матричной оптики используются для расчета распространения гауссовых пучков через оптическую систему, компьютерные методы фильтрации и обработки рефракционных картин для анализа полученных результатов, а также методы физического эксперимента.

Научная новизна

  1. Разработана методика расчета оптико-электронных систем, предназначенных для диагностики потоков, и состоящих из лазера, как источника излучения, системы формирования зондирующей лазерной плоскости, фотоприемной системы на ПЗС структуре, сопряженной с персональным компьютером и пакета программного обеспечения.

  2. Разработаны алгоритм и специализированная компьютерная программа расчета параметров лазерных пучков специальной формы (включая астигматические), прошедших различные оптические элементы.

  3. Разработан алгоритм и программа обработки рефракционных картин, полученных с помощью компьютерно-лазерного рефракционного (КОЛАР) метода, позволяющие бесконтактным способом диагностировать оптически неоднородный поток и находить как общее возмущение среды, так и конкретные параметры возмущения.

  4. Разработана программа обработки рефракционных картин, получаемых в компьютерно-лазерном методе определения времени гомогенизации раствора в вихревом аппарате, широко используемом в химической технологии.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Разработанный алгоритм и реализованная компьютерная программа расчета оптических систем с гауссовыми пучками позволяют определять оптимальные параметры зондирующей лазерной плоскости для исследования пограничных тепловых слоев.

  2. Существуют и определены оптимальные параметры регистрирующей аппаратуры на основе ПЗС структуры для визуализации и последующей обработки изображений потоков жидкости и газа.

  3. С применением оптимальной фильтрации определяется центр лазерного пучка и положение профиля лазерной плоскости при уровне мультипликативных и аддитивных шумов до 70 % с погрешностью не более 3 % от размера пучка.

  1. По совокупности изображений искажений лазерной плоскости, вызванных исследуемой средой, возможно определить временные параметры нестационарных процессов тепломассообмена.

  2. Обработка видеозаписи рефракционных картин позволяет определить характеристическое время перемешивания двух жидкостей. Существуют и определены оптимальные параметры обработки видеозаписи для нахождения характеристического времени перемешивания исследуемого потока.

Практическая ценность работы

Практическую значимость работы определяют следующие результаты:

разработана компьютерная программа Laser Sheet v. 5 расчета оптической системы, преобразующей осесимметричный лазерный пучок в сильно астигматический пучок (лазерную плоскость);

разработана компьютерная программа Image Center обработки рефракционных картин для КОЛАР метода диагностики потоков жидкости;

разработана компьютерная программа Width Measure обработки рефракционных картин для определения времени перемешивания жидкостей в вихревых потоках.

Апробация работы

Основные материалы, представленные в диссертации, были доложены и обсуждены на следующих конференциях:

VI МНТК "Оптические методы исследования потоков", Москва, 2001;

2-й МНТК "Оптика-2001", Санкт-Петербург, 2001;

- II International Conference on Laser Optics for Young Scientists, Saint-
Petersburgh, 2003;

VII МНТК "Оптические методы исследования потоков", Москва, 2003;

XIV школе-семинаре молодых ученых и специалистов, Рыбинск, 2003;

- НТК "Фундаментальные проблемы высокоскоростных течений", г.
Жуковский, 2004;

-НТК "Лазеры. Измерения. Информация", Санкі-Петербург, 2004;

XI МНТК "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", Москва, 2005;

II Российской НТК "Тепломассообмен и гидродинамика в закрученных потоках", Москва, 2005.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе: одна статья в реферируемом журнале, 4 работы в трудах конференций, 6 тезисов докладов на конференциях, одно программное средство учебного назначения, 4 публикации выполнены без соавторов.

Структура и объем работы

Подобные работы
Горбачёв Алексей Александрович
Исследование особенностей построения оптико-электронной системы контроля деформаций плавающего дока
Шилин Александр Николаевич
Оптико-электронные системы контроля геометрических параметров оболочек вращения в процессе их формообразования
Демидов Владимир Михайлович
Методы и средства цифровой коррекции изображения в оптико-электронных системах визуализации
Прокофьев Александр Валерьевич
Исследование особенностей построения автоколлимационных оптико-электронных систем контроля соосности с оптической равносигнальной зоной
Сивяков Игорь Николаевич
Исследование информационных возможностей оптико-электронных систем наблюдения
Меламед Ольга Петровна
Математическая модель сигналов в оптико-электронных системах при дистанционном зондировании земной поверхности из космоса
Бузян Артем Тимофеевич
Исследование оптико-электронных систем измерения деформаций элементов конструкции полноповоротного радиотелескопа
Чжан Хань
Исследование оптико-электронных систем измерения параметров пространственной ориентации перемещаемых объектов
Краснящих Андрей Владимирович
Разработка и исследование оптико-электронной системы измерения деформации крупногабаритных инженерных сооружений
Белоконев Виктор Михайлович
Исследование и разработка оптико-электронных систем на базе многоэлементных фотоприемников для определения координат источников световых вспышек малой интенсивности

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net