基于空間相移的莫爾層析技術(shù)研究.pdf

1、復(fù)雜流場(chǎng)的全場(chǎng)顯示與三維定量測(cè)量技術(shù)，在現(xiàn)代航空、航天領(lǐng)域以及能源工程中具有非常重要且廣泛的用途，如對(duì)火箭尾焰、發(fā)動(dòng)機(jī)射流場(chǎng)、超音速風(fēng)洞和爐內(nèi)燃燒場(chǎng)等流場(chǎng)的診斷。光學(xué)層析技術(shù)是一種將光學(xué)方法和CT(Computerized Tomography)技術(shù)相結(jié)合的流場(chǎng)測(cè)試方法，具有非接觸、實(shí)時(shí)和全場(chǎng)測(cè)量等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)中多種物理參數(shù)的三維定量測(cè)量。其中，莫爾層析技術(shù)具有光路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍大的優(yōu)點(diǎn)，更適合于實(shí)際惡劣條件下復(fù)

2、雜流場(chǎng)的診斷。
　　投影信息的提取對(duì)CT重建的質(zhì)量至關(guān)重要。本文針對(duì)莫爾CT條紋圖投影數(shù)據(jù)的提取問(wèn)題，通過(guò)對(duì)不同頻譜莫爾條紋圖之間的空間相移特性的研究，提出了基于空間相移方法的莫爾CT投影數(shù)據(jù)提取方法。以此為基礎(chǔ)，建立了莫爾CT空間相移投影光路，并進(jìn)行了深入的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。主要工作如下:
　　1.通過(guò)標(biāo)量衍射理論，分析了雙線光柵莫爾條紋的形成過(guò)程，研究了不同頻譜莫爾條紋圖之間的空間相移特性;在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了僅由一個(gè)正交光柵和一

3、個(gè)線光柵組成的，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單的莫爾CT空間相移光路;通過(guò)標(biāo)量衍射理論推導(dǎo)得到了各頻譜條紋圖像強(qiáng)度的解析表達(dá)式，發(fā)現(xiàn)了其中存在的空間相移特性關(guān)系;在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了四步和六步相移算法，通過(guò)對(duì)丙烷火焰的投影相位提取實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性，實(shí)現(xiàn)了基于空間相移方法的莫爾CT投影相位提取。
　　2.針對(duì)前述設(shè)計(jì)光路較長(zhǎng)、衍射效率低、剪切投影相位中包含難以忽略的高階偏導(dǎo)項(xiàng)的問(wèn)題，提出并建立了基于角譜濾波的雙線光柵莫爾CT兩步空間相移光路，該

4、光路通過(guò)4f系統(tǒng)在角譜域?yàn)V波，不僅顯著縮短了CT投影光路，而且基本消除高階剪切偏導(dǎo)項(xiàng)的影響;根據(jù)在該光路中獲得的兩幅空間相移圖，提出了相應(yīng)的兩步相移方法;在此基礎(chǔ)上，通過(guò)測(cè)量已知球面波相位，分析了相位提取的誤差，并利用該方法測(cè)量了丙烷火焰的相位信息。
　　3.針對(duì)流場(chǎng)真實(shí)溫度的三維重建問(wèn)題，提出了結(jié)合空間相移莫爾CT技術(shù)和ECT(Eimission Computerized Tomography)技術(shù)對(duì)待測(cè)燃燒火焰場(chǎng)進(jìn)行三維診斷的