莫尔CT光路的双光栅旋转机构设计与装调研究(3)
1.2.3 透射法透射法是一种基于折射率的流场测量方法，主要是通过测量流场的折射率分布，根据流场折射率与流场各物理参数(浓度、密度和温度等)之间的关系，来重建流场各参数分布。透射法主要包阴影法、纹影法、干涉法和莫尔法四种方法。由于光线在透过被测场时会出现偏折，所以阴影法主要是通过测量该偏折光线的位移，来反映折射率二阶偏导数的变化。纹影法主要是通过测量光线经待测场后的光线偏折角，来反映待测场折射率的一阶偏导数的变化。由于精确测量对比度是一件非常困难的事情，所以阴影法和纹影法较常用于流场的定性显示，而难以实现定量测量。干涉法和莫尔法在测量流场时，均可以获得反映流场折射率变化的投影条纹图。通过对这些投影条纹图进行分析与处理，就能够获得有关于待测场的精确信息[24]。其中利用干涉法获得的投影条纹图直接反映的是折射率的变化，测量精确度较高。利用莫尔法获得的投影条纹图反映的是折射率的一阶偏导数的变化，因而莫尔法在测量具有较大动态范围的流场参数时，相较于干涉法更具有优势。此外，莫尔法对光路的机械稳定性要求也较低，具有更好的抗震动干扰的能力。但是，总的来说，本节所介绍的光学散射法、光谱法和透射法这三种主要的复杂流场的光学测量方法均不能实现对流场的全场三文显示。1.3 光学层析技术介绍将光学方法和计算机断层扫描技术相结合的光学计算层析技术，可以实现对复杂流场参数的三文全场显示和定量测量。因此，光学层析技术在复杂流场的诊断中发挥着无可取代的的作用。在目前，根据光路中是否引入外置的探测光源，光学层析技术主要可以分为发射层析技术和透射层析技术两种。其中，发射层析技术主要是利用接收器来直接获取待测场自身的辐射信息，而透射层析技术则需要在光路中引入外置的探测光源。透射层析技术是将 CT技术与基于折射率法测量流场参数的干涉法和莫尔法相结合的光学层析技术，主要包括干涉层析技术和莫尔层析技术。透射层析技术的投影相位图反映的是待测场的折射率变化，可以通过层析重建算法得到待测场的三文折射率分布，并且测量精度也比较高。发射层析技术在实验装置的简便性上具有优势，而透射层析技术在流场参数的具体测量中具有优势，所以如果能将这两种各具优势的层析技术同时运用在复杂流场的诊断中，将会大大提高对待测流场信息分析测量能力。1.3.1 发射层析技术发射层析技术是一种结合了光学层析和辐射测量的三文流场重建技术。其不但具有稳定性高、 实时瞬态测量、 可实现多方向测量等优点， 更为重要的是， 发射层析技术直接使用 CCD相机等一类探测器来接收被测场自身的辐射强度，而不需要额外引入外部的光源，其光路和实验装置简单，因此，发射层析技术在实际应用中具有非常广泛的前景。但是，和透射层析技术相比而言，发射层析技术的三文重建结果精确度不高。若是能够将发射层析技术与透射层析技术相结合，应用于重建出更精确真实的待测场参数分布，则会使发射层析技术展现出更好的应用前景。1.3.2 干涉层析技术干涉层析技术不但具有很高的灵敏度，而且也有较高的空间分辨率以及测量精度。在国内，干涉层析技术的发展较为迅速，贺安之等人通过使用改进的多方向干涉层析实验装置，获得了流场的多方向干涉投影数据，改进后的实验装置抗干扰能力强，比较适用于对大范围瞬态流场进行实时多方向测试[25,26]；在干涉层析技术的重建算法研究方面，高益庆等人运用快速傅立叶变换迭代法、改进的共轭斜量迭代法等重建出了折射率场的三文分布[27]；是度芳等人研究并提出了对投影干涉图进行自动处理及快速重建的层析技术，成功重建出了双峰燃烧火焰的温度场分布[28,29]。最近的这几年，通过应用不同的干涉图像位相提取方法以及改进干涉光路等方式，干涉层析技术得到了进一步的发展，例如杨甬英等人提出了从有限方向的干涉图中提取投影数据的新的方法，并且最终将该方法应用于对风洞的分析重建中[30]；周怀春等人建立了三方向横向大剪切位移干涉测量装置，成功实现了对扩散乙烯火焰三文温度场的重建[31]。