5.64 Мб 
Интерферометрическая визуализация рассеяния Ми
Интерферометрическая визуализация рассеяния Ми, или IMI, также известная как интерферометрическая лазерная визуализация для определения размеров капель, ILIDS, представляет собой оптический метод определения размеров сферических частиц, капель и пузырьков. По назначению данный метод близок к фазово-доплеровской интерферометрии, или PDI, и применяется для количественной диагностики дисперсных потоков.
Принцип метода
Рабочий принцип IMI основан на расфокусированной визуализации частиц, освещённых лазерным световым листом. Частицы, капли или пузырьки, находящиеся в области лазерного освещения, рассеивают падающее излучение. При определённой настройке оптической системы это рассеянное излучение формирует интерференционную картину, содержащую информацию о размере исследуемых объектов.
В отличие от обычной фокусированной регистрации, в методе IMI изображение частиц намеренно выводится из фокуса. При смещении сенсора цифровой камеры в расфокусированное положение становится видимой система интерференционных полос. Эти полосы возникают в результате интерференции компонентов рассеянного света и являются основным диагностическим признаком, используемым для определения диаметра частиц.
Оптическая схема измерений
Стандартная система IMI включает лазерный световой лист и цифровую камеру, оснащённую высококачественным объективом. Лазерный световой лист формирует тонкую измерительную плоскость, в которой происходит освещение дисперсных объектов. Камера регистрирует рассеянное излучение под заданным углом наблюдения.
Ключевой особенностью оптической настройки является перевод плоскости сенсора камеры в положение вне фокуса. В результате вместо резких изображений частиц формируются изображения апертуры, внутри которых наблюдается интерференционная структура. Такая структура представляет собой набор светлых и тёмных полос, параметры которых зависят от размера частицы и геометрии оптической системы.
Связь интерференционной картины с теорией Ми
Наблюдаемая интерференционная картина соответствует дальнепольному распределению рассеянного света, которое может быть рассчитано на основе теории Ми. Теория Ми описывает рассеяние электромагнитного излучения сферическими частицами и позволяет связать параметры рассеянного поля с диаметром частицы, показателем преломления и длиной волны падающего излучения.
В методе IMI анализируется число интерференционных полос внутри изображения апертуры. Это число зависит от диаметра капли или другой сферической частицы, а также от апертурного угла оптической системы. При увеличении размера частицы число полос возрастает. Таким образом, интерференционная структура служит количественным индикатором размера дисперсного объекта.
Определение размера и положения частиц
Точный размер частиц определяется путём анализа интерференционных полос, зарегистрированных на расфокусированном изображении. Для этого оцениваются число полос, их пространственный период и распределение интенсивности. Полученные параметры сопоставляются с расчётными или калибровочными зависимостями, основанными на теории Ми.
Кроме определения диаметра, метод IMI позволяет получать информацию о положении частицы вдоль линии наблюдения. Размер изображения апертуры является мерой координаты частицы в направлении оси наблюдения, то есть её z-положения. Это свойство расширяет диагностические возможности метода и позволяет оценивать пространственное распределение частиц в исследуемом объёме.
Области применения
Интерферометрическая визуализация рассеяния Ми используется для исследования аэрозолей, распылов, капельных потоков, пузырьковых сред и других систем, содержащих сферические дисперсные объекты. Метод особенно полезен в задачах, где требуется не только визуализация частиц, но и количественное определение их размеров.
IMI применяется при исследовании процессов распыления топлива, форсунок, двухфазных потоков, капельной динамики, испарения, коалесценции и фрагментации капель. Благодаря оптической природе измерений метод позволяет проводить неинвазивную диагностику без непосредственного возмущения исследуемого потока.
Интерферометрическая визуализация рассеяния Ми является эффективным методом определения размеров сферических частиц, капель и пузырьков. Метод основан на регистрации расфокусированных изображений частиц, освещённых лазерным световым листом, и последующем анализе интерференционных полос.
Число полос в изображении апертуры связано с диаметром частицы и апертурным углом оптической системы, а размер самого изображения апертуры позволяет оценивать положение частицы вдоль линии наблюдения. Благодаря этим особенностям IMI является информативным и неинвазивным инструментом диагностики дисперсных потоков и двухфазных сред.
