3。3 光路中存在相位物体 17

  3。4 本章小结 18

  4  空间相移法提取相位信息 19

  4。1 四步相移算法 19

  4。2 相位提取的仿真研究 20

  4。3 六步相移算法 22

  4。4 本章小结 23

  结  论 24

  致  谢 25

  参 考 文 献 26

1 绪论

1。1 引言

复杂流场目前在民用、工业以及航空、航天等现代军事科学中都广泛存在，使得有关流场的测量越来越受到关注和重视。例如，在导弹尾焰的湍流、高速飞行器周围的复杂流动、火箭尾焰温度流场[[[1]朱方。 返回舱再入段雷达散射特性研究[D]。兰州大学,2007。]]、电站锅炉炉膛[[[2]李文浩。 炉内温度分布及热辐射参数检测的实验研究[D]。华中科技大学,2011。]]、高温切割焊接等现象中都存在复杂流场，在对这些流场进行三维测量与全场显示后，我们可以得到很多重要的基本参数及特性，这些数据结果可以为改善和发展关键技术起指导性的作用，同时也给相应领域的研究带来更大的可能性。由此可见，流场的定量测量和显示技术的发展显得尤为重要。

当前用于流场显示和测量的方法很多，主要包括数值模拟方法[[[3]Chung T J。 Computational fluid dynamics[M]。 Cambridge university press, 2010。]]、接触式测量方法[[[4]Hendron J M, Mahony C M O, Morrow T, et al。 Langmuir probe measurements of plasma parameters in the late stages of a laser ablated plume[J]。 Journal of applied physics, 1997, 81(5): 2131-2134。]]和光学测量方法。数值模拟方法是利用各工程应用类软件，基于数值模拟和计算研究，对合适的能反映本质机理的描述模型进行编程实现。该方法有着高效、成本低的优点，但由于流场的变化的剧烈性和瞬时性，其过程中所需的逐步验证和探索在复杂流场中显得尤为困难。接触式测量，即让探测器与被测对象相接触，以此获得测量结果的方法。由于待测场的状态通常会在进行接触式测量时被影响，所以该方法不适用于动态场的测量，且它的定点式测量[[[5]Dobbins R A。 Soot inception temperature and the carbonization rate of precursor particles[J]。 Combustion and Flame, 2002, 130(3): 204-214。]]也不能实现瞬态测量和流动显示。该方法虽然简单直接、可操作性强，但存在的问题也制约了其在流场测量中的应用。相较而言，光学测量的非接触性的优点既不会影响被测场的分布，又能在恶劣环境中实现瞬时数据的测量，因此在流场诊断中有着广泛应用和发展。

1。2 流场诊断的光学测量方法

    在复杂流场的诊断中，光学测量方法有着非接触的特点，和其他方法相比，能够在不影响被测对象情况下，在恶劣的环境中获得更加全面准确的结果。光学测量方法包括：光学散射法、光谱法、折射率法等。

1。2。1 激光散射法

激光散射法是基于光学散射原理，入射激光进入被测场中发生散射，过程中入射光子与流场粒子产生能量交换，根据能量交换关系的不同可将其分为弹性散射和非弹性散射。

当流场粒子尺寸远小于入射光波长时，发生瑞利散射，散射过程无能量交换，散射后光频率与入射光一致，为弹性散射过程。我们对散射光进行分析，以此来得到它所附带的被测场的信息。但由于该方法易受到背景光、杂散光和米氏散射的干扰[[[6]Ötügen M V。 Uncertainty estimates of turbulent temperature in Rayleigh scattering measurements[J]。 Experimental thermal and fluid science, 1997, 15(1): 25-31。]]，影响了实验测量的精度与灵敏度。为此，滤波瑞利散射技术被提出，R。B。Miles和W。R。Lempert利用该技术有效降低了背景光的影响[[[7]Miles R B, Lempert W R, Forkey J。 Instantaneous velocity fields and background suppression by filtered Rayleigh scattering[J]。 AIAA paper, 1991, 91: 0357。]]，D。 Hoffman [[[8]Hoffman D, Münch K U, Leipertz A。 Two-dimensional temperature determination in sooting flames by filtered Rayleigh scattering[J]。 Optics letters, 1996, 21(7): 525-527。]]等人也通过该方法成功进行了流场诊断。但其影响不能被完全消除，也因此限制了它在流场诊断中的发展。 当发生散射后，散射光频率与入射光频率不一致，此时产生了粒子间的能量交换，发生了非弹性散射，也称拉曼散射。拉曼散射法[[[9]宝春, 经方。 瞬态流场参数测量[M]。 哈尔滨工程大学出版社, 2005。]]在二十世纪七十年代被引入流场检测，相对来说国内起步较晚，九十年代后才逐渐开始。由拉曼散射发展而来的反斯托克斯拉曼光谱技术[[[10]Regnier P R, Taran J P E。 On the possibility of measuring gas concentrations by stimulated anti‐Stokes scattering[J]。 Applied Physics Letters, 1973, 23(5): 240-242。]]的研究非常活跃，它对于稳定的均匀场和不稳定的非均匀场都能达到很好的测量效果。反斯托克斯拉曼方法能降低荧光和背景光的干扰，相干性好，转换效率高，分辨率与灵敏度相对高，适应于各种高温复杂流场的参数诊断。但其设备复杂昂贵[[[11]Zhang D Y, Zhou H C。 Temperature measurement by holographic interferometry for non-premixed ethylene-air flame with a series of state relationships[J]。 Fuel, 2007, 86(10): 1552-1559。]]、只能进行点测量等不完善之处，也限制了它在实际流场测量中的应用。