采用8个椭球体拟合的微小液滴体积测量方法与流程

技术特征：
1.一种采用8个椭球体拟合的微小液滴体积测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：搭建实验平台，搭建好测量装置等待实验；步骤2：建立x
‑
y
‑
z坐标系，固定相机位置，形成“顶视图 侧视图”的三维拍摄试验环境；步骤3：以标准尺寸标定板为对象，相机拍摄标定板图像，建立相机像素与实际尺寸标定关系；步骤4：相机位置固定不动，将液滴移入拍摄环境中；步骤5：触发高速摄影，拍摄液滴动态形态；步骤6：沿三个坐标轴(x、y、z)方向，将液滴侧视图划分为4个部分，将液滴顶视图划分为2个部分；步骤7：采用椭圆函数拟合液滴各部分边缘，得到液滴边缘椭圆拟合函数；步骤8：获取拟合椭圆以及液滴椭圆轮廓的半径数值；步骤9：比较拟合椭圆及液滴椭圆轮廓的半径大小，并对号入座，确定该段液滴体积的具体计算方式；步骤10：计算拟合椭球的体积和参与计算的圆台的体积；步骤11：计算获得液滴的体积。2.根据权利要求1所述的采用8个椭球体拟合的微小液滴体积测量方法，其特征在于，所述步骤1的测量装置包括空气压缩机(1)、第一限压阀(2)、电磁阀(3)、第二限压阀(4)、第一高速摄像机(5)、计算机(6)、空气过滤装置(7)、稳流管(8)、第二高速摄像机(9)、液滴(10)、尼龙纤维(11)、支撑板(12)、光源(13)；所述空气压缩机(1)通过管子和第一限压阀(2)相连，电磁阀(3)放置在连接第一限压阀(2)和空气过滤器(7)的管子上，稳流管(8)连接空气过滤器(7)，第二限压阀(4)连接稳流管(8)，尼龙纤维(11)依靠支撑板(12)固定在稳流管(8)的出风口处；第一高速摄像机(5)和第二高速摄像机(9)与计算机(6)相连，液滴(10)位于稳流管(8)的出风口处的尼龙纤维(11)上，光源(13)位于液滴(10)下面。3.根据权利要求2所述的采用8个椭球体拟合的微小液滴体积测量方法，其特征在于，所述步骤7的公式如下：定义：对于液滴边缘坐标点(x
i
,y
i
),i＝1...n,有。4.根据权利要求3所述的采用8个椭球体拟合的微小液滴体积测量方法，其特征在于，步骤9包括如下7种情况：(1)当拟合椭圆的圆心和液滴椭圆轮廓中心在同一水平线上，且拟合椭圆的短轴半径大于液滴椭圆轮廓的时候，液滴的实际体积等于拟合椭球的体积减去中间的圆台部分；(2)当拟合椭圆的圆心和液滴椭圆轮廓中心在同一水平线上，且拟合椭圆的短轴半径小于液滴椭圆轮廓的时候，等于拟合椭球的体积加上中间的圆台部分；(3)当拟合椭圆的圆心和液滴椭圆轮廓中心在同一铅锤线上，且拟合椭圆的长轴半径大于液滴椭圆轮廓的时候，液滴的实际体积等于拟合椭球的体积减去中间的圆台部分；
(4)当拟合椭圆的圆心和液滴椭圆轮廓中心在同一铅锤线上，且拟合椭圆的长轴半径小于液滴椭圆轮廓的时候，液滴的实际体积等于拟合椭球的体积减去中间的圆台部分；(5)当拟合椭圆的长轴和短轴半径均大于液滴椭圆轮廓的时候，在体积计算时需要减去两个圆台的体积；(6)当拟合椭圆的长轴和短轴半径均小于液滴椭圆轮廓的时候，在体积计算时需要加上两个圆台的体积；(7)当拟合椭圆的长轴半径大于液滴椭圆轮廓的长轴且短轴半径小于液滴椭圆轮廓的时候，或者拟合椭圆的长轴半径小于液滴椭圆轮廓的长轴半径且短轴半径大于液滴椭圆轮廓的时候，在体积计算时需要加上一个圆台的体积的同时再减去另一个圆台的体积。5.根据权利要求4所述的采用8个椭球体拟合的微小液滴体积测量方法，其特征在于，所述步骤10计算拟合椭球的体积公式如下：其中r
x
是椭球体的x轴半径，r
y
是椭球y轴半径，r
z
是椭球z轴半径。6.根据权利要求5所述的采用8个椭球体拟合的微小液滴体积测量方法，其特征在于，所述步骤10参与计算的圆台的体积公式如下：其中r
′
x
是拟合椭圆的x轴半径，r
′
y
是拟合椭圆的y轴半径。7.根据权利要求6所述的采用8个椭球体拟合的微小液滴体积测量方法，其特征在于，所述步骤11按照侧视拟合椭圆的圆心和液滴椭圆轮廓的中心在同一水平线上，且拟合椭圆短轴半径大于液滴椭圆的短轴半径这一情况进行计算的公式如下：其中r
′
x
、r
′
y
、r
′
z
分别是拟合椭球体在笛卡尔坐标系下的x轴、y轴、z轴的半径；r
x
、r
y
、r
z
分别是椭球液滴在笛卡尔坐标系下的x轴、y轴、z轴的半径；v
′
是拟合椭球的八分之一体积，v是多出的椭球圆台体积。

技术总结
本发明属于对悬挂于纤维上液滴体积测算技术领域，公开了一种采用8个椭球体拟合的微小液滴体积测量方法，本发明利用简单结构的装置拍摄悬挂在纤维上液滴的顶视图与侧视图，识别液滴的轮廓曲线，采用8个椭球体拟合液滴的体积，解决了液滴运动变形条件下体积计算问题。题。题。


技术研发人员：刘忠民 孙兴周 杜煜轩
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2021.08.19
技术公布日：2021/11/23