摘要：在单一颗粒系中,消光光谱法颗粒粒径测量模型通常基于Mie散射理论和Lambert-Beer(LB)定律。但多种颗粒物构成的混合颗粒系的消光特性更为复杂,颗粒粒径与混合比均会影响消光谱,需要发展新的理论模型。作者设计一种蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)原理的混合颗粒系消光模型,将入射光束离散化成光子,通过追踪其从发射至接收/逃逸过程中所有事件,统计光子去向并研究混合颗粒系的消光特性。为了验证蒙特卡罗模型的准确性,分别对聚苯乙烯和玻璃微珠单一颗粒系中消光谱进行数值计算,结果与Lambert-Beer定律预测误差小于2%。进一步将模型扩展至由聚苯乙烯和玻璃微珠构成的混合颗粒系,其消光谱随玻璃微珠占比(混合比)增大而依次递增,直至混合比为1时退化为单一颗粒系,而波长减小时,消光随混合比变化趋势由线性向非线性转变,两种颗粒自身消光特性差异越大则非线性趋势越明显,说明混合系消光值由颗粒类型、混合比、颗粒粒径和光波长共同决定且相互耦合。根据预测消光谱,采用三种全局最优算法对混合颗粒粒径和混合比参数反演。结果表明:混合比单参数反演结果的误差最小,均在1.5%以内;对两种颗粒粒径进行双参数反演时,误差均在3%以内;对两种粒径和混合比进行三参数同步反演时,误差增大,但均在10%以内。综合分析三种反演算法,PSO算法耗费时间最长,是其他算法的数倍,IGA算法效果较好且更加稳定。初步验证了设计的蒙特卡罗模型可应用于混合颗粒系的消光谱预测,实现了两种颗粒粒径与颗粒系混合比的同步反演。

摘要：针对平面叶栅狭小通道中流场非接触测量难题,提出一种基于超声速差原理的二维流场测量方法。设计一种2×4超声波斜、平口换能器组合阵列,研制一套多通道超声法测量和气流速度场重建系统。开展平面叶栅流场测量试验,成功获取了3种不同进口速度条件下流道二维速度场。利用COMSOL Multiphysics中CFD模块同步开展叶栅流场数值模拟,并与试验结果对比。结果表明:超声测量与数值模拟结果较为接近,速度大小和偏转角误差均在5%以内,较好地反映叶栅通道的流动特点。提出的超声测量技术有望进一步用于高马赫数流场研究。

摘要：立足于电厂安全管理现状,针对部分人员不按规定佩戴安全帽进入电厂作业区域造成安全隐患问题,对基于图像智能处理的安全帽佩戴检测技术开展研究。设计一种安全帽佩戴检测方法,通过掩膜区域卷积神经网络(mask region convolution neural network,Mask R-CNN)深度学习算法对作业人员图像分析,采集5000张安全帽佩戴照片样本作为训练图集,对其进行预处理,再由改进的特征金字塔网络算法(feature pyramid networks,FPN)进行神经网络训练。对于测试集500张图像分析结果表明,结合改进的FPN算法和ResNet-101作为主干网络的Mask R-CNN模型能够有效实现对安全帽佩戴与否及佩戴错误的检测,模型精确率为0.971,召回率为0.973,均值平均精确度为0.970,获得较准确的电厂应用场景下安全帽佩戴安全性检测效果。

摘要：金属液滴是真空弧放电的伴随产物,它对理解阴极斑放电性质具有重要作用,而且对工程应用也有重要影响.金属液滴的测量一般采用离线的收集法,不能获得全部空间和单次放电信息.本文提出了一种通过Mie散射在线测量真空弧放电液滴的新方法,并对它的可行性进行了探索研究.首先通过仿真程序计算了钛金属液滴的散射光性质,结果表明小直径颗粒散射光在全部角度上均有分布,随着直径增加,散射光越来越集中在前向,这为不同直径液滴信号的反演提供了可能.接着对探测器进行了分环设计,当探测器分为35环时,光能系数矩阵容易求解,同时保证测量系统具有良好的分辨率.初步实验结果表明,钛金属液滴直径主要分布在9.8μm附近,验证了Mie散射测量真空弧液滴方法的有效性.但液滴直径分布和离线测量有较大差异,缺少小直径液滴信息,主要原因来源于测量系统信噪比不够,不能有效地获得小直径液滴散射信号,还需要进一步优化.

摘要：发展了一种基于超声检测原理的颗粒两相体系颗粒粒度、密度和浓度的测量方法。设计了一套脉冲超声波多参数测量装置和系统,以SiC悬浊液为研究对象,测得了其3～6 MHz的声衰减谱。利用反演算法,获得了SiC颗粒粒度分布曲线,并将此与电感应法测量结果进行对比,两者比较吻合。同时,采用多次回波技术,获得了多达15次回波信号。利用自行编制的LabVIEW分析程序进行数据处理,计算出颗粒两相体系的密度和浓度,其相对测量误差分别在1.6%和8%以内。

摘要：针对传统图像处理算法对重叠颗粒的分割困难,引入Mask R-CNN深度学习算法并做针对性改进,通过调整残差网络ResNet-101加速训练,提出双FPN结构实现全局特征融合,使用Soft-NMS避免重叠颗粒漏检。设计了颗粒重叠图像实验系统,采集单一球形、球形与不规则混合多分散颗粒重叠图像用于分割研究。实验结果表明:该方法对混合颗粒分类准确率为91%,召回率为92%,均优于传统算法;其应用于含气泡的一水柠檬酸结晶过程中结晶的在线测量,所得结晶颗粒中位径误差为3.8%,数目误差为-1.3%。所提方法为混合颗粒的重叠图像分析提供了思路,后续有望解决图像法结晶过程后期在线监测乏力与气泡干扰的问题。

摘要：通过测量两个不同频率下的超声波衰减,结合长波区情况下简化ECAH模型,可以计算出被测气固两相流中颗粒相的粒径和浓度。文中以电站锅炉燃煤煤粉作为被测颗粒相,设计了双频超声波检测和颗粒重力输送实验装置,在100kHz和200 kHz的频率下进行实验研究,并将测得实验结果与图像粒度处理仪测量结果进行比较。结果表明,该方法测得的平均粒径与图像粒度处理仪的结果较为吻合;测量浓度值与标称值相比,结果较接近。该方法可以实现气固两相流固相颗粒浓度的在线测量。

摘要：为了实现狭窄流道内气体流速的高效、安全且非接触式测量,设计一种低频空气耦合超声波换能器,研制一种信号同步发射、扫描和接收装置,形成三声道多发多收超声测速系统。利用标准毕托管获得狭窄流道矩形测量断面测点流速,结果表明流道内流动较一致。通过调速风机实现5 m/s至30 m/s区间内流速可调,采用反射式2×3超声阵列安装,在不同工况下进行流速测量实验。通过拟合系数对数据修正,正/逆行程结果与标准毕托管比较最大相对误差分别为1.66%和1.85%。该基于超声时差法的超声测速系统和方法可望进一步推广至狭窄流道内二维速度场测量。

摘要：研究了一种应用于气固两相流过程监测的超声波层析成像系统。为利用少数传感器实现较精确成像,研制了一套测试系统:传感器阵列由8个扇形空气耦合传感器组成,每个传感器均为收发一体式并且发射扇形波束角度可达150°;设计了基于单片机的切换装置以改善系统实时性;发展了改进二值逻辑反投影图像重建算法,通过设置双阈值改善边缘效应提高了图像重建精度。对四氟乙烯棒进行的静态实验与对煤粉进行的动态测试实验中,系统获得了足够多的有效信号数据,实现了气固两相流横断面的二维图像重建。静态实验中重建图像的最小空间成像误差(SIE)为3.2%,表明系统具有较好成像精度,可实现气固两相流流动监测。

摘要：本文分析了单一透射式和反射式超声过程层析成像(UPT)的图像阈值对成像质量的影响和最优图像阈值的不确定性。通过将透射式UPT作为成像的基础,同时将反射重建图像作为补充信息,提出了一种结合透射式和反射式的双模式UPT,实现了连续成像时的图像阈值优化。设计基于以太网通讯的数字式8通道超声波发射、接收和自动切换系统,实现了自动扇形束扫描的工作模式,从而构建了一套运用于两相流动实时成像的数字化超声层析成像系统。利用该系统分别进行了管内气液分层流动和转动双圆柱的动态成像实验,结果表明,提出的双模式成像方法能自动给出合理的流型识别。