[实用新型]一种多视角投影有序阵列偏折成像系统

说明书

技术领域

本实用新型属于激光技术应用领域，具体涉及一种多视角投影有序阵列偏折成像系统。

背景技术

脉动燃烧是当代先进的非常规燃烧技术，它是指在燃烧和声脉动相互激励和反馈的条件下，温度、压力、气流速度及热释放率等状态参数随时间周期性波动的一种特殊的不稳定燃烧过程。脉动燃烧具有燃烧强度高、传热效率高、低NO_x排放等常规稳燃无可比拟的优势，对于节约能源、控制污染物排放、研究高效动力机械等具有重要意义，因而受到了美国、日本、中国和欧洲多国的高度重视。然而其燃烧机理、燃烧特性、应用技术的研究同样受制于流场结构、参量分布、燃烧过程的定量测量和精确描述。

近几十年来，结合光学与激光技术、计算机技术、电子技术、信息处理技术而产生的粒子图像测速技术(PIV)、激光诱导荧光技术(LIF)、激光全息干涉技术(LIH)、激光－超声技术(LUM)、相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)等新一代流场显示与测量方法蓬勃发展，从而使复杂流动的研究取得突破性进展，这其中具备非接触测量、多参量分析、定量计算等特质的光学计算层析(Computed Tomography (CT))技术已成为复杂流场测试领域的有力工具。

光学CT(干涉CT、光偏折CT等)利用激光光波作为信息敏感器，获取光线通过被测流场多方向的投影数据反演二维乃至三维分布。相比于干涉CT，光偏折CT具有对光源要求不高、抗干扰能力强、光路简单易调等优点。更为重要的是，对于高温、高速、非稳态相位流场，光偏折成像的低敏感性使它具备了宽广的动态测试范围，成为其测量复杂流场的显著优势。

现有技术方案光偏折CT理论发展和实际应用的关键技术主要有两方面：其一是复杂流场多方向投影数据的获取，其二是由投影信息重建场分布。现有光偏折CT通过投影采样、投影信息提取、重建计算等流程可以实现燃烧流场二维乃至三维分布。

光偏折CT的成像采样

燃烧流场多方向光偏折成像的获取是实现流场三维结构呈现和参量定量测量的首要条件。基于光线偏折原理测量的成像方法主要有纹影法和叠栅法。在最新的研究中，基于背景导向纹影法(BOS)的光偏折CT流场测量不断取得突破，Masanori等人分别使用色带图背景纹影(SPBOS) CT和彩色网格背景纹影(CGBOS)CT实现了超音速流场的定量密度测量，赵玉新和田立丰等人也分别使用BOS进行了复杂气动流场测量。然而，Miranda等人通过分析和实验证明，在流场测量中条纹偏折法(FD)比BOS具有更高的测量精度，并且对应更少的数学处理。因此对于复杂的非对称湍流流场测量，叠栅层析是更可胜任的方法。

在叠栅投影采样中，旋转扫描法光路简单、采样范围可控，并可实现全场视角采样，我们之前已将其应用于发热元件生成的非对称温度场和风洞中高速激波密度场测量。另一种分光路法能够实现多方向投影同时采集，可以对复杂的瞬态流场进行记录和测量。Floyd等人和高益庆教授的团队基于该思想分别开展了化学发光CT(CTC)和发射光谱层析(EST)流场测量。

对于脉动燃烧等具有固定频率的振荡燃烧过程，现有光偏折CT二维乃至三维的稳态和瞬态测量，无法实现脉动燃烧湍流结构的实时显示和参量分布周期变化的定量描述，光偏折CT的关键方法亟待发展。

（1）光偏折CT的成像采样

该方案采用固定被测流场旋转光路系统（或固定光路系统旋转被测流场）的方法获取不同视角的投影条纹，但此方法的缺陷是无法真正实现对同一流场过程的同时采样，因此只适用于过程近似稳定且可重复的流场测量。分光路法的能够实现多方向投影同时采集，但将该原理应用于光偏折CT时，不仅需要多台CCD摄像装置并增加相应的成像元件，而且很难保证光路严格复制，从而增大测量误差。因此，现有的光偏折CT投影获取方法无法满足诸如脉动燃烧等非稳态复杂流场的采样要求，直接影响了光偏折CT在复杂流场测量领域的实用化。另一方面，脉动燃烧具有周期性的湍流结构和参量分布变化，这一重要的燃烧过程特性也对光偏折CT的投影采样提出了更高的要求。

发明内容

本实用新型克服现有技术的不足，提出了一种多视角投影有序阵列偏折成像系统，所述方法克服了现有分光路系统需要多组成像元件和多台CCD摄像装置、难于保证光路严格复制等缺陷，在CCD单幅图像上完成即时6方向投影有序阵列可视化，实现多视角、同时、同光路条件采样，对全周期非稳态脉动燃烧流场进行显示和动态采样。

本实用新型的技术方案为：