莫尔CT光路的双光栅旋转机构设计与装调研究
毕业论文关键词 流场诊断 莫尔层析技术 Ronchi 光栅 步进电机
Title The design and adjustment research for double gratingrotating mechanism of moiré CT light path
Abstract Optical moire CT is an Optical measuring technology of flow field diagnosis, whichcombined CT(Computerized Tomography)technology with moire technology.Thenon-contact, large dynamic measurment range and low requirements on the stabilityof the environment are the characteristics of Optical moire CT , it has importantapplication value in flow field diagnosis of aviation,aerospace and energyengineering field.The core of Optical moire CT light path are two Ronchi gratingwhose grid lines present small angle.The installation site and relative state oftwo Ronchi grating which included in the light path play an important role in thephase information retrieve of the moire CT projection.This topic works atoptomechanical design of two Ronchi grating’s rorating and holding device,andcompile stepping motor cotrol program to implement the precision rotation ofRonchi grating.Thus providing reliable component and adjustment method formultiple direction moire CT device.
Keywords flow field diagnosis moire computed tomography technology Ronchigrating stepping motor
目次
1绪论1
1.1引言1
1.2复杂流场的光学测量方法1
1.3光学层析技术介绍3
1.4本文的主要工作5
2莫尔层析技术理论基础7
2.1莫尔法原理7
2.2莫尔偏折原理7
2.3基于标量衍射理论的莫尔条纹分析8
3双光栅旋转机构设计16
3.1固定光栅部分17
3.2旋转光栅部分20
3.3底板与滑块部分22
3.4双光栅旋转机构总配合24
4步进电机旋转控制程序26
4.1硬件部分26
4.2程序部分29
4.3旋转控制程序测试实验39
结论42
致谢43
参考文献44
附录A步进电机旋转控制程序48
附录B双光栅旋转设计工程图61
1 绪论
1.1 引言对复杂流场的三文定量检测技术以及全场显示技术，在目前的航天航空领域和能源工程技术领域中具有巨大的应用和发展前景，例如应用在对火箭尾部火焰情况、超音速风洞实验、发动机射流场以及炉内燃烧场等复杂流场的诊断等。当前，对于复杂流场进行检测的方法主要包括有：1.接触式测量法[1]，即利用热电偶对流场参数进行测量的方法；2.数值模拟方法[2]，即采用工程应用类型的软件对流场参数进行数值分析的方法；3.光学测量方法，即使用光学的方法对流场的参数进行检测和分析。在这三种方法中，光学测量方法相较于其他的两种流场测量方法，具有非接触、实时性高等优点，其在对流场参数进行实时瞬态测量的同时不会对待测的流场产生影响，而且测量结果具有较高的空间分辨率和时间分辨率。因此，光学测量方法特别适用于对复杂和恶劣环境中的流场进行三文检测和全场重建显示。目前，对于复杂流场的诊断与测量，已经发展出很多种光学测量的方法。例如主要用于对流场的速度信息进行测量的激光多普勒测速法[3]和粒子成像测速法[4]； 主要用于对热辐射型流场中的温度信息进行测量的的辐射测温法[5]；主要用于对流场中特定粒子的浓度等相关信息进行测量的瑞利散射法、拉曼散射法[6]和光谱法[7]；还有就是可以对流场中的多种参数实现同步瞬态且高精度测量的透射测量法[8]。但综合起来看，光学测量方法在对复杂流场进行检测的应用上还存在无法实现多点、三文定量检测以及全场显示的缺陷。近些年来，光学层析技术 OCT(Optical Computerized Tomography)日益成为复杂流场检测的重要研究方向。光学层析技术主要是一种应用光学方法，同时和计算机断层扫描技术相结合， 利用CCD相机等探测器获得的多个方向的投影数据来重建出待测场各种参数分布的流场检测方法。光学层析技术相较于其它的光学测量方法，其主要的优点是可以定量地对待测流场中的各种物理参量进行测量，并且可以通过一定的算法处理实现对流场的全场三文复原显示。例如通过干涉层析技术和莫尔层析技术，可以同时测量和分析得到待测流场的温度、密度等多种物理参数的三文分布。目前，光学层析技术已经在军事、工业以及民用中的各种复杂流场的三文定量检测中发挥着不可替代的重要作用。