(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210608042.8 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301号 (72)发明人 蒋兆晨　王文俊　钟汶君　何志霞　 陈雅婷　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 专利代理师 汪芬 (51)Int.Cl. G01N 15/02(2006.01) G01P 3/36(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G06T 7/00(2017.01)G06T 7/11(2017.01) G06T 7/187(2017.01) G06T 7/62(2017.01) G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 一种同步测量喷雾远场液滴粒径和液滴瞬 时速度分布的试验 装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种同步测量喷雾远场液滴 粒径和液滴瞬时速度分布的试验装置及方法， 本 试验装置包括喷雾可视化系统， 高速成像系统和 计算机； 利用高速成像系统对喷雾可视化系统内 的喷雾进行图像采集， 由计算机对采集的图像进 行处理的同时还 可以对系统各单元进行控制。 基 于该试验装置， 本申请还提出了同步测量喷雾远 场液滴粒径和液滴瞬时速度分布的试验方法， 采 用分割离散液滴的算法， 将喷雾图像中每个液滴 分割成连通区域， 计算液滴的中心和直径； 基于 分割出的离散液滴， 利用离散液体配对测量瞬时 速度的算法计算出离散液滴的瞬时速度， 将同一 液滴不同时刻的中心位置相连， 获得液滴在喷雾 过程中的运动轨迹； 进而达到同步测量远场区域 离散液滴粒径和瞬时速度分布技 术目的。 权利要求书3页 说明书6页 附图7页 CN 114993895 A 2022.09.02 CN 114993895 A 1.一种同步测量喷雾远场液滴粒径和液滴瞬时速度分布的试验方法， 其特征在于， 包 括如下步骤： 步骤1： 采集喷雾远场液滴的喷雾图像； 步骤2： 采用分割离散液滴的算法， 将喷雾图像中每个液滴分割成连通区域， 计算液滴 的中心和直径； 步骤3， 基于步骤2中分割出的离散液滴， 利用离散液滴配对测量瞬时速度的算法计算 出离散液滴的瞬时速度， 将同一液滴不同时刻的中心位置相连， 获得液滴在喷雾过程中的 运动轨迹。 2.根据权利要求1所述的一种同步测量喷雾远场液滴粒径和液滴瞬时速度分布的试验 方法， 其特 征在于， 步骤2中分割离 散液滴的方法为： S1)将原始图像转 化为灰度图矩阵Ig， 进行二维中位数 滤波获得矩阵Im； 优选地， 执行中位数滤波时每个输 出像素包含Ig中对应像 素周围的n×n区域中位数值， n大于5倍的液滴平均直径； S2)二值化处理矩阵Im， 获得矩阵Ib； S3)计算矩阵Ib中每个像素点与最近的非零像素之间的欧氏距离， 获得矩阵Id； S4)对矩阵Id进行分水岭变换， 以此分离图像中相互接触的液滴， 获得新的二值矩阵 Ib， 2； S5)从二值矩阵Ib， 2中确定连通区域； S6)根据连通区域的坐标， 获得矩阵Ig中对应位置的光强分布， 根据液滴光强标定 结果， 过滤掉镜深外液滴对应的连通区域； S7)利用图像矩算法计算每个连通区域的质心位置和与 连通区域面积相同的等效圆直 径， 对应于每 个液滴的中心C和直径D。 3.根据权利要求2所述的一种同步测量喷雾远场液滴粒径和液滴瞬时速度分布的试验 方法， 其特 征在于， S6中液滴 光强标定的方法为： 将喷嘴3出口处定义为笛卡尔坐标系z＝0位置， 确定点直径和点间隔点 阵标尺(14)置 于z＝0平面， 标定视野内每个像素点的实际尺寸和光强分布均匀 性； 采用喷雾试验所用液 体， 在液滴光强标定板(15)表面不同位置生成体积相同的座液滴， 将液滴光强标定板z＝0 平面置于聚焦平面内， 标定座液滴表面平均光强及光 强标准差与座液滴中心距离聚焦平面 的定量关系。 4.根据权利要求2所述的一种同步测量喷雾远场液滴粒径和液滴瞬时速度分布的试验 方法， 其特 征在于， 步骤3中离 散液体配对测量瞬时速度的算法包括以下步骤： S1)确定1时刻目标液滴i中心ci， 1在2时刻的候选液滴j中心Cj， 2； 候选液滴的判定标准 是相对位移dij＝|Ci， 1‑Cj， 2|＜A1·max(vi， 0)， 其中max(vi， 0)是0时刻离散 液滴瞬时速度的最 大值； 常数A1＞1； S2)确定1时刻目标液滴i的相邻液滴k中心Ck(i)， 1； 相邻液滴的判定标准是目标液滴i相 邻泰森多边形对应的中心； S3)确定1时刻相邻液滴k在2时刻的候选液滴l中心Cl(k)， 2； 候选判定标准是dk(i)l(k)＝| ck(i)， 1‑Ci(k)， 2|＜A2·max(vi， 0)； 常数A2＞1 S4)判定相邻液滴k和候选液滴l的准刚性条件， 即|dij‑dk(i)l(k)|＜A3·max(vi， 0)； 常数权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114993895 A 2A3＜0.3； S5)迭代计算候选液滴j与目标液滴i的配对概率 其中上 标n表示迭代步数， Pij表示液滴j与液滴i的配对概率； 迭代前每个候选液滴的配对概率相 同， 当相邻液滴k和候选液滴l满足准刚性条件， 其配对概率Pk(i)l(k)叠加 计入 每步迭代后配对概率 需用液滴i所有候选液滴总配对概 率进行归一 化； 常数A4＜1， A5＞2； S6)选择迭代完成后Pij对应的液滴j为成功配对， 液滴i瞬时速度vi＝dij/Δt， 其中Δt 为时间间隔； S7)， 当时刻1中多个离散液滴与时刻2中同一液滴配对时， 只保留相对位移最小的配对 组合： 将同一液滴在不同时刻的中心位置相连， 获得离 散喷雾液滴的运动轨 迹。 5.根据权利要求4所述的一种同步测量喷雾远场液滴粒径和液滴瞬时速度分布的试验 方法， 其特 征在于， 根据相邻时刻同一液滴瞬时速度的变化计算液滴加速度ai＝Δvi/Δt。 6.一种基于上述权利要求1所述同步测量喷雾远场液滴粒径和液滴瞬时速度分布的试 验方法的试验 装置， 其特 征在于， 包括： 喷雾可视化系统， 高速成像系统和计算机； 所述喷雾可视化系统主要包括主体容腔(1)， 主体容腔(1)上设置多个可视化窗口(2)； 在主体容腔(1)内设置喷 嘴(3)， 喷 嘴(3)通过信号线连接喷雾控制装置(4)； 高速成像系统主要包括 高速数码相机(6)、 相机的位置调控单元以及LED点阵光源(8)； 在高速数码相机(6)上配有长焦显微镜头(7)， 高速数码相机(6)及长焦显微镜头(7)朝向可 视化窗口(2)布置， LED点阵光源(8)位于可视化窗口(2)与长焦显微镜头(7)之间； 所述高速 数码相机(6)和LED点阵光源(8)设置在相机的位置调控单元上， 通过相机的位置调控单元 调节相机位置； 所述计算机(12)通过信号线分别连接喷雾控制装置(4)、 高速数码相机(6)、 相机的位 置调控单 元。 7.根据权利要求6所述的一种同步测量喷雾远场液滴粒径和液滴瞬时速度分布的试验 装置， 其特征在于， 主体容腔内(1)还配有多种传感器(5)， 传感器(5)包括温度、 压力、 湿度 传感器， 传感器5均通过信号线连接计算机(12)， 用于采集主体容腔内(1)内的温度、 压力、 湿度数据。 8.根据权利要求6所述的一种同步测量喷雾远场液滴粒径和液滴瞬时速度分布的试验 装置， 其特 征在于， 主体容腔内(1)还设置有抽气装置和废液回收装置 。 9.根据权利要求6所述的一种同步测量喷雾远场液滴粒径和液滴瞬时速度分布的试验 装置， 其特征在于， 相机的位置调控单元包括x线性电控直线导轨(10)和y线性电控直线导 轨(11)。 10.根据权利要求9所述的一种同步测量喷雾远场液滴粒径和液滴瞬时速度分布的试 验装置， 其特征在于， y线性电控直线导轨(11)包括2根竖直杆 以及2根竖直杆之间的水平 板， 相机安装在水平板上； 水平板的两端可以在驱动电机和导轨的配合下沿竖直杆上下移 动， 进而带动相机在y方向位置的改变； x线性电控直线导轨(10)包括设置在水平板上的光 学导轨(9)， 相机设置在光学导轨(9)上， 在驱动电机和导轨的配合下沿光学导轨(9)移动，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114993895 A 3