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采用去模糊图像处理的气-固两相流固体颗粒速度测量方法

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仪

器

仪

表

学

报

第 28卷第 11期

2007年 11月

Vo1l 28 No1 11

Ch inese Journal of Scientific Instrum ent

Nov. 2007

采用去模糊图像处理的气 / 固两相流固体

颗粒速度测量方法^*

宋鼎, 彭黎辉, 陆耿, 杨士元

(清华大学自动化系北京 100084)

摘要: 在燃煤火力发电站的煤粉输送系统中, 为了提高煤粉的燃烧效率, 获得煤粉与空气混合物的参数就显得至关重要。本

文提出一种基于图像处理技术的气 /固两相流固体颗粒速度测量方法。通过控制 CCD照相机的曝光时间获得颗粒的运动模糊

图像, 在此基础上利用图像处理方法估计出模糊图像的点扩展函数 ( PSF), 并利用透镜成像原理建立运动模糊长度与颗粒运动

速度之间的联系, 最终获得颗粒的运动速度。在此理论分析的基础上, 本文利用该方法对颗粒自由落体形成的运动模糊图像进

行了处理, 仿真及实验结果表明该方法适用于气 /固两相流颗粒速度的测量。

关键词: 气 /固两相流; 颗粒速度测量; 运动模糊; 点扩散函数

中图分类号: TP212. 14 文献标识码: A 国家标准学科分类代码: 460. 4020

Particle velocity m easurem ent of particle solids in gas/ solid

two phase flow through image deblurring

Song D ing, Peng L ihu,i Lu Geng, Yang Shiyuan

(D epartm ent of Automation, T singhua Un iversity, B eijing 100084, Ch ina)

Abstract: Th is paper demonstrates a d igital mi aging based m ethod for the velocity measurement of pneumatically

conveyed particles in coa-l fired pow er station. By controlling the exposure tmi e of a CCD camera, blurred mi ages of

moving particles are captured. Themotion b lur parameters are first estmi ated from the acquired mi ages and then used

to establish the relationsh ip betw een the 2-D motion blurred mi age and the velocity ofmoving particles. This method

w as used to process the motion blurred mi age of free falling particles. S mi ulation and expermi ental resu lts ind icate

that the proposed method is feasible for particle velocity measurement.

K ey words: gas /solid two phase flow; particle velocitym easurement; motion b lur; PSF ( point spread function)

都是随机可变的。因此, 对于气 /固两相流参数的检测难

度相当大, 是一个公认的难题。

1 引言

国内外从事气 /固两相流检测技术的专家们做了大

气 /固两相流是指由气体和固体两种组分构成的混

合流动情况, 广泛应用于管道气力输送工艺来输送煤粉、

水泥、矿石、盐以及面粉等工业现场, 气 /固两相流在科学

研究和工农业生产的很多领域有极其重要的地位。随着

二十一世纪的到来人类所面临的人口、资源、环境等的挑

战, 气 /固两相流研究领域越来越受到重视 ^{[ 1]}。然而, 气 /

固两相流流动特性复杂, 两相界面之间在空间和时间上

量的研究工作。目前, 在颗粒速度测量方面, 主要有基于

电容 ^{[ 2]}、静电感应^{[ 3]}、( - 射线等检测原理的相关测速方

法, 基于超声、微波^{[ 4]}、光学等原理的多普勒测速方法及

空间滤波方法等等。但迄今为止, 这些已有检测技术和

方法大都还处于实验室应用研究阶段, 已商品化可在线

检测的工业型仪表为数还很少, 且仅适用于某些特定的

场合和较窄的范围, 其应用在很大程度上受现场工况条

收稿日期: 2007-08 Received Date: 2007-08

* 基金项目: 国家自然科学基金 /两个基地 0项目 ( 60440430641)、清华大学基础研究基金 ( JC2007026)资助项目

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