基于数字图像处理技术的介质阻挡放电均匀性评价研究

论文摘要

大气压均匀的介质阻挡放电(DBD)在材料表面改性、薄膜沉积、杀菌消毒等领域具有重要的工业应用价值,目前已经成为低温等离子体领域的研究热点。国内外对于如何实现大气压均匀DBD已经开展了广泛而深入的研究,但如何评价放电均匀性还缺乏定量的研究,特别是方法还比较繁琐和昂贵。本文采用两种简单和便宜的数字图像处理技术对DBD均匀性评价进行较为系统的研究。通过图像傅里叶变换技术,提出了运用放电图像对应的二维频谱图像来定性诊断丝状和均匀模式的DBD,运用傅里叶变换频谱幅值波动系数δ来定量评价放电均匀性。丝状模式的DBD对应的频谱图像表现为离中心点(直流分量)较远、半径较大的明亮圆形状;而均匀模式的DBD则表现为离中心点(直流分量)较近,半径较小的暗淡圆形或圆环状。另外,在一定范围内,随着外加电压、频率、曝光时间等参量的逐渐增大,δ逐渐减小,对应的放电强度和均匀性逐渐增强。通过图像灰度变换技术,首次提出了运用放电图像的灰度分布曲线(GDC)来定量诊断丝状和均匀模式的DBD,运用图像灰度变异系数σ来定量评价放电均匀性。随着外加电压、频率、曝光时间的逐渐增大,丝状模式的DBD对应的GDC的半高宽明显增大,幅值明显减小,且存在灰度级为零的像素点;而均匀模式的DBD对应的GDC的半高宽和幅值基本保持不变,且不存在灰度级为零的像素点。另外,在一定范围内,随着外加电压、频率、曝光时间等参量的逐渐增大,σ逐渐减小,对应的放电强度和均匀性逐渐增强。对图像灰度变换技术在DBD其它放电特性研究中的应用做了初步探索。通过比较前述两种技术在DBD均匀性评价研究中的特点,并通过图像灰度变换技术对空气和氩气不同气压、大气压空气不同气隙间距及不同气体成分的DBD放电特性进行研究,结果表明:图像灰度变换是研究DBD放电特性非常有效的方法之一。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 大气压DBD 概述
• 1.2 大气压均匀DBD 的研究概况
• 1.3 DBD 均匀性评价方法的研究现状
• 1.4 课题来源及意义
• 1.5 论文的主要工作
• 2 DBD 实验装置及图像处理技术
• 2.1 DBD 实验装置及测量方法
• 2.2 图像傅里叶变换技术
• 2.3 图像灰度变换技术
• 3 基于图像傅里叶变换的DBD 均匀性评价研究
• 3.1 丝状放电模式的图像傅里叶变换特性
• 3.2 均匀放电模式的图像傅里叶变换特性
• 3.3 小结
• 4 基于图像灰度变换的DBD 均匀性评价研究
• 4.1 丝状放电模式的图像灰度变换特性
• 4.2 均匀放电模式的图像灰度变换特性
• 4.3 小结
• 5 图像灰度变换在DBD 放电特性研究中的应用
• 5.1 图像傅里叶变换和灰度变换技术比较
• 5.2 基于图像灰度变换的 DBD 放电特性研究
• 5.3 小结
• 6 全文总结
• 6.1 本文工作及结论
• 6.2 有待进一步改进的内容
• 致谢
• 参考文献