1  绪论

1.1  计算机层析技术概述

计算机层析技术（computer tomography），简称CT，是二十世纪七十年代发展起来的一项综合性技术，他的产生与发展起源于人们对复杂三维分布的探知和测量需要。CT作为一种先进的疾病诊断手段，广泛应用于医学领域中，传统的X线摄影方法能使难以或不能显示的人体软组织影象化，能探测出人体组织密度差 0.5% 的变化并迅速、正确地作出诊断，所以在某种程度上讲，能较早地发现疾患。1968年英国EMI公司中心研究室主任豪斯菲尔德（Hounsfield）研究出第一台临床的头颅XCT机[1]，因而在1979年与美国的科玛克（Cormack）博士一道获得诺贝尔医学奖[2]。

与此同时，许多科研人员对由投影重建物体的CT技术进行了创造性的研究。层析的思想由不同的探测介质和方法而发展成为适应不同要求的CT技术。CT技术的探测方式也各有特点，有发射CT，单光子发射CT等。地震波CT技术在地质学领域中已经发展的相当成熟，可用来得到地下储油资源的分布或地质构造的面貌。

1.2  光学层析技术概述

光学计算层析术（Optical Computerized Tomography，简称OCT），是X射线CT的自然发展，它通常以可见光为探测源，以加载了待测场信息的多方向投影来重建待测场。OCT技术因具有非接触，无扰动，瞬态获得三维全场信息的优点，被应用于流场测量，并且已经成为流场诊断的重要测量技术之一。

流场检测的光学CT技术如果根据光学CT装置中发射源与探测器的相对位置来划分可以分为两类：光学发射CT和光学透射CT。光学发射CT常用于火焰燃烧场的检测，以火焰的发光辐射为投影数据，通过多方向投影来重建待测场的火焰结构或者温度分布。而光学透射CT常以激光为探测源，以被流场扰动后的变形波面作为投影数据，通过多方向投影来重建待测场的折射率分布。典型透射式CT有干涉CT、莫尔CT等。

1.2.1  光学发射CT(ECT)

如前面所示，ECT直接用CCD或者光纤接收燃烧场的光辐射信号，结构更简单，主要被用于火焰燃烧场的参量测量。在众多的光学测量技术中，发射层析技术近几年正成为燃烧诊断技术研究的热点。典型的光学发射CT装置是2005年日本名古屋工业大学的Y.Ishino等研制的包含40方向投影的ECT装置[3]，通过此装置用于湍流预混火焰的火焰峰结构及传播速度检测，如图1.1所示。

(a) 40方向火焰燃烧场层析装置

 (b) 40方向ECT投影及CT重建

图 1.1  Y.Ishino等研制的40方向投影的ECT装置[3]

此后，光学ECT技术用于燃烧诊断的研究逐步成为热点。M.M.Hossain、卢钢采用8组光纤成像探头和两个CCD构建了8方向的ECT装置[4]；N.B.Anikin等采用10个方向的ECT装置对湍流扩散火焰的二维OH组份分布进行了重建[5]；黄群星、严建华等通过反射镜组和一个相机搭建了基于立体视觉方法的ECT装置[6]，对火焰场的烟黑温度和体积分数分布进行了重建；高益庆、万雄等基于发射光谱方法[7]，用光纤采集多方向的火焰光谱信号，进行了温度场的重建。

但是光学ECT技术只能适用于自身发光的火焰燃烧场的测量,不能用于更多的像自身不发光的气动流场检测.而光学透射CT由于采用的是激光为探测源，因而适用范围相对更广，无论是自身发光的火焰场，还是自身不发光的所谓“冷流场”均能适用。论文网

1.2.2  光学干涉CT

光学干涉层析在表现上是沿射线路径上的相位差累加，因此可以得出光学干涉层析法中的投影图像是干涉条纹，其优点就是具有高分辨率和高灵敏度等。H.M.Herts 通过马赫曾德干涉仪对旋转模型获取多方向的干涉投影，并以此实现了基于干涉层析的二维火焰场诊断[8]； R.Snyder 和L.Hesslink 将高速干涉层析技术应用于流场可视化和混合液体流场诊断的研究中[9, 10]；； Atul Srivastava 等人利用基于傅里叶变换的干涉层析技术重建生长晶体周围的浓度场[11]。国内，1988 年贺安之等人提出了一种多方向F-P 干涉法，并应用于三维温度场的测试[12，13]；周怀春等人建立了包含三个投影方向的剪切干涉CT 装置，并将其用于乙烯火焰的诊断[14]。