CN117664792B - 三维密度分布的断层成像重建装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电推进技术领域，具体涉及一种三维密度分布的断层成像重建装置及方法；该成像重建装置包括真空罐，真空罐内设有滑道；固定板，设于滑道上，且在固定板上设有推力器，推力器用于提供定向羽流等离子体；羽流数据采集装置，设于移动机构上，羽流数据采集装置用于采集定向羽流等离子体信息，羽流数据采集装置包括壳体和支撑结构、相机放置槽、以及遮挡结构，支撑结构设于壳体内，支撑结构上设有拍摄口，拍摄口内设有滤波片，相机放置槽对应拍摄口设置，拍摄口与壳体上的通孔对应设置，且相机放置槽朝向推力器设置，遮挡结构设于支撑结构上，并用于遮挡拍摄口。该成像重建装置，记录形式直观、直接获得羽流二维图像数据。

Description

三维密度分布的断层成像重建装置及方法

技术领域

本发明涉及电推进技术领域，具体涉及一种三维密度分布的断层成像重建装置及方法。

背景技术

电推力器越来越频繁的出现在卫星以及深空探测器等各类航天器中，在其中充当着姿态控制、提供推力等重要任务，但由于太空中恶劣的环境，推力器寿命会受到严重影响、同时推力器羽流可能会严重腐蚀太阳能板，为了提高推进器在地测试阶段的测试效率，减少在轨故障的发生，对于推进器羽流的组分三维分布的研究是很有必要的。

测量电推进羽流参数的方法主要分为探针法与光谱法两种思路，探针方法主要通过侵入式测量电位通过电学相关公式计算等离子内部参数，常见有朗缪尔探针、E×B探针、RPA探针、法拉第探针等，光学方法则是通过分析跃迁产生的光信号反推对应的等离子体内部参数。除此之外还有质谱仪、石英天平等测量方式。

这几种测量方式，存在如下问题：

探针方法属于接触式测量、干扰放电，工作环境差，近场工作时易受到羽流轰击寿命短，易受到侵蚀而失效；

质谱仪诊断羽流参数时，仪器位置受限、价格高昂、且无法进行空间扫描；

石英天平通过压电效应诊断羽流污染，精度高但量程小、设备精密易受干扰，同时某些元素的沉积系数未知，导致测量雪上加霜；

激光诊断严格来说，也属于接触式诊断，影响等离子体放电、测量慢的同时对光路准直性要求高、同时由于是点测量，难以反演三维结构；扫描监测空间分辨率低、实验时间长、误差很大；

光谱成像监测频谱分辨率低、操纵复杂而且数据不全面，反演较难。现有的光谱方法无法对电推力器羽流进行高空间分辨的测试，仅能通过光谱仪对推力器羽流进，高时间分辨的测量，由于在空间中，羽流粒子的密度分布与光强分布不是成正比，所以光谱法无法实现羽流的三维分布模拟，而三维扫描可以规避这些缺点，描述处羽流的三维立体场。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的真空环境下三维空间内对羽流等离子体进行高分辨的成像测试难题，从而提供一种三维密度分布的断层成像重建装置及其方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三维密度分布的断层成像重建装置，包括：真空罐，所述真空罐内设有滑道；固定板，设于所述滑道上，且在所述固定板上设有推力器，所述推力器用于提供定向羽流等离子体；安装板，设于所述滑道上，所述安装板上设有环形轨道，且在所述环形轨道上设有移动机构，所述安装板与固定板位于同一平面上；羽流数据采集装置，设于所述移动机构上，所述羽流数据采集装置用于采集定向羽流等离子体信息，所述羽流数据采集装置包括壳体和支撑结构、相机放置槽、以及遮挡结构，所述支撑结构设于所述壳体内，所述支撑结构上设有拍摄口，所述拍摄口内设有滤波片，所述相机放置槽对应所述拍摄口设置，所述拍摄口与壳体上的通孔对应设置，且所述相机放置槽朝向所述推力器设置，所述遮挡结构设于所述支撑结构上，并用于遮挡所述拍摄口；

所述遮挡结构包括：筒体，设于所述支撑结构上，且靠近所述相机放置槽设置，所述筒体内设有石英片，所述石英片为磁性件；导向滑槽，一端连接所述筒体，另一端设于所述支撑结构上，所述导向滑槽用于承接所述石英片；驱动电机，设于所述壳体的内壁上，所述驱动电机上设有转动杆，所述转动杆靠近所述筒体设置，所述筒体用于推动所述石英片沿所述导向滑槽移动，并移动至所述拍摄口处；

所述移动机构包括：载盘，设于所述环形轨道上，所述载盘与壳体连接；连接轮，具有多个，多个所述连接轮设于所述载盘上，且位于所述环形轨道的两侧；第二驱动件，设于所述载盘上，所述第二驱动件驱动所述连接轮沿所述环形轨道周向移动；

还包括收集结构，所述收集结构包括：磁性收集槽，设于所述壳体内；收集电机，设于所述支撑结构上，并位于所述磁性收集槽的上方，所述收集电机上设有收集杆，所述收集杆与所述石英片抵接；

所述支撑结构包括：支撑架，所述支撑架设于壳体内，所述驱动电机位于所述支撑架的一端，所述收集电机位于所述支撑架的另一端。

进一步地，所述导向滑槽内设有弹簧片，所述弹簧片与所述石英片卡接。

进一步地，还包括限位结构，所述限位结构包括：限位电机，所述限位电机设于所述支撑结构上；限位杆，设于所述限位电机上，所述限位杆与所述石英片抵接。

进一步地，所述支撑结构上设有多组第一驱动件，所述第一驱动件的两端设有齿轮，齿条套设于多组所述齿轮上，所述相机放置槽位于所述齿条内，且所述拍摄口位于所述齿条上，并与相机放置槽对应设置。

本发明还提供了一种三维密度分布的断层成像重建方法，包括以下步骤：

步骤1：组装断层成像重建装置；

步骤2：基于组装的断层成像重建装置做好羽流测试前的准备工作；

步骤3：控制羽流数据采集装置开始工作，通过驱动电机使转动杆逆时针旋转，将第一片卡好的石英片推出筒体，通过弹簧片配合限位杆卡在滤波片处，此时，相机透过滤波片获得羽流图像；

此时，通过控制多组第一驱动件转动，并带动多组齿轮同时转动，使得齿条开始转动，控制旋转距离使滤光片正好位于相机镜头正前方；

步骤4：重复步骤3，控制相机透过该滤波片获得该位置下的不同波长的滤光片图片，上传至电脑并保存；

步骤5：重复步骤3-4的操作至完成所有滤波片光强数据的采集；

步骤6：控制环形轨道上的第二驱动件，使载盘围着推力器旋转30°，羽流数据采集装置达到下一个采集位置，并在此位置完成所有滤波片的光强数据的采集；

步骤7：基于步骤5-6滤波片的光强数据的采集，在数据终端进行图像的初步判断，来保证数据采集的清晰度与分辨率；

步骤8：采集完成推力器所有角度下的所有滤波片的光强数据，得到等离子体羽流组分的三维分布。

进一步地，所述步骤1具体为，

步骤1.1：对羽流数据采集装置进行组装，将多组第一驱动件安装在支撑结构上，并在第一驱动件的两端安装齿轮，带有滤波片的齿条套设在齿轮上，再将驱动电机和转动杆安装完毕，在筒体底部放入弹簧，并添加若干片带有磁性边缘的石英片，石英片被壳体限制在相机放置槽的前方，将相机放入相机放置槽中，羽流数据采集装置安装完成；

步骤1.2：记录相机入射光圈直径D、相机距离光源距离L、像素的特征长度D、以及焦距大小f，便于反投影变换的实现；

步骤1.3：对环形轨道进行安装，将环形轨道通过螺栓孔固定在真空罐的安装板上；

步骤1.4：将羽流数据采集装置安装在载盘上，完成羽流测试装置的安装；

步骤1.5：向相机放置槽中的水冷装置内的循环水管中注入冷却水，防止相机由于过热而失效。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置，包括：真空罐，所述真空罐内设有滑道；固定板，设于所述滑道上，且在所述固定板上设有推力器，所述推力器用于提供定向羽流等离子体；安装板，设于所述滑道上，所述安装板上设有环形轨道，且在所述环形轨道上设有移动机构，所述安装板与固定板位于同一平面上；羽流数据采集装置，设于所述移动机构上，所述羽流数据采集装置用于采集定向羽流等离子体信息，所述羽流数据采集装置包括壳体和支撑结构、相机放置槽、以及遮挡结构，所述支撑结构设于所述壳体内，所述支撑结构上设有拍摄口，所述拍摄口内设有滤波片，所述相机放置槽对应所述拍摄口设置，所述拍摄口与壳体上的通孔对应设置，且所述相机放置槽朝向所述推力器设置，所述遮挡结构设于所述支撑结构上，并用于遮挡所述拍摄口；

所述遮挡结构包括：筒体，设于所述支撑结构上，且靠近所述相机放置槽设置，所述筒体内设有石英片，所述石英片为磁性件；导向滑槽，一端连接所述筒体，另一端设于所述支撑结构上，所述导向滑槽用于承接所述石英片；驱动电机，设于所述壳体的内壁上，所述驱动电机上设有转动杆，所述转动杆靠近所述筒体设置，所述筒体用于推动所述石英片沿所述导向滑槽移动，并移动至所述拍摄口处；

所述移动机构包括：载盘，设于所述环形轨道上，所述载盘与壳体连接；连接轮，具有多个，多个所述连接轮设于所述载盘上，且位于所述环形轨道的两侧；第二驱动件，设于所述载盘上，所述第二驱动件驱动所述连接轮沿所述环形轨道周向移动；

还包括收集结构，所述收集结构包括：磁性收集槽，设于所述壳体内；收集电机，设于所述支撑结构上，并位于所述磁性收集槽的上方，所述收集电机上设有收集杆，所述收集杆与所述石英片抵接；

所述支撑结构包括：支撑架，所述支撑架设于壳体内，所述驱动电机位于所述支撑架的一端，所述收集电机位于所述支撑架的另一端。

通过在真空罐内设置滑道，并且在滑道上设置固定板和安装板，便于将推力器安装在固定板上，环形轨道安装在安装板；其中，安装板可以沿着滑道的延伸方向，相对固定板进行移动；同时，在环形轨道上设有移动机构，羽流数据采集装置设置在移动机构上，该移动机构的设置，对同一位置上的羽流数据进行多光谱测量，同时环形轨道携带羽流数据采集装置围绕推力器羽流进行大范围数据采集，获得不同位置下的多光谱图像，获得的二维羽流图像数据通过数据处理，反投影处理后获得羽流组分三维空间数据。通过将支撑结构设置在壳体内，并且在支撑结构上设有相机放置槽，便于将相机安装在相机放置槽内，并且，在支撑结构上设置拍摄口，同时，该拍摄口与壳体上的通孔相对应，便于相机拍摄到壳体外的推力器，并在该拍摄口内安装滤波片，同时，利用遮挡结构可有效的遮挡滤波片，再通过相机获得羽流图像；

该三维密度分布的断层成像重建装置，简单易用，记录形式直观、直接获得羽流二维图像数据。该三维密度分布的断层成像重建装置对羽流干扰较小，可确保测试数据的正确性。同时，对羽流无反流，不影响推力器的正常工作。并可对推力器羽流进行连续测量，避免了测试过程中数据的离散化，同时提高了光谱测试过程中的时间分辨率。

该三维密度分布的断层成像重建装置，具有较高的空间分辨率以及较高的测量精度；可调性高，可以通过控制器响应提高和降低羽流数据采集装置采集的间隔角以控制成本或提高空间分辨率。采用的数学变换方法基于立体几何与数学变换，简单、快速、使用。该三维密度分布的断层成像重建装置与程序具有极快的响应能力，获得数据快速便于及时对于推力器进行调整。

2.本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置，所述导向滑槽内设有弹簧片，所述弹簧片与所述石英片卡接。该弹簧片的设置，使得石英片从导向滑槽的一端弹入至导向滑槽的另一端，同时，该弹簧片可以将该石英片卡接在导向滑槽内，并配合壳体的侧壁，保证了该石英片的位置处于稳定状态。

3.本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置，所述支撑结构上设有多组第一驱动件，所述第一驱动件的两端设有齿轮，齿条套设于多组所述齿轮上，所述相机放置槽位于所述齿条内，且所述拍摄口位于所述齿条上，并与相机放置槽对应设置。

通过在支撑结构上设置多组第一驱动件，并且，在第一驱动件的两端均设置齿轮，便于将齿条套设在多个齿轮上；当需要调整拍摄口的位置与相机的位置相对应时，则可通过第一驱动件，带动齿轮进行转动，进而带动齿条进行转动，从而调节了拍摄口的位置，也调节了相机放置槽内相机的拍摄位置。

提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置的结构示意图；

图2为本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置的安装板的结构示意图；

图3为本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置的羽流数据采集装置的结构示意图；

图4为本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置的石英片的结构示意图；

图5为本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置的收集结构的结构示意图；

图6为本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置的羽流数据采集装置的侧视图；

图7为本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置的通孔的安装位置图；

图8为本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置的环形轨道的结构示意图；

图9为本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置的载盘的结构示意图；

图10为本发明提供的三维密度分布的断层成像重建装置的连接轮的结构示意图。

附图标记说明：

1、真空罐；2、滑道；3、固定板；4、推力器；5、安装板；6、环形轨道；7、羽流数据采集装置；8、壳体；9、支撑结构；10、相机放置槽；11、遮挡结构；12、拍摄口；13、通孔；14、筒体；15、石英片；16、导向滑槽；17、驱动电机；18、转动杆；19、弹簧片；20、限位结构；21、限位电机；22、限位杆；23、收集结构；24、磁性收集槽；25、收集电机；26、收集杆；27、第一驱动件；28、齿轮；29、齿条；30、载盘；31、连接轮；32、支撑架；33、底座；34、螺纹孔。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。

请参阅图1至图10所示，本发明提供了一种三维密度分布的断层成像重建装置，包括：真空罐1，所述真空罐1内设有滑道2；固定板3，设于所述滑道2上，且在所述固定板3上设有推力器4，所述推力器4用于提供定向羽流等离子体；安装板5，设于所述滑道2上，所述安装板5上设有环形轨道6，且在所述环形轨道6上设有移动机构，所述安装板5与固定板3位于同一平面上；羽流数据采集装置7，设于所述移动机构上，所述羽流数据采集装置7用于采集定向羽流等离子体信息，所述羽流数据采集装置7包括壳体8和支撑结构9、相机放置槽10、以及遮挡结构11，所述支撑结构9设于所述壳体8内，所述支撑结构9上设有拍摄口12，所述拍摄口12内设有滤波片，所述相机放置槽10对应所述拍摄口12设置，所述拍摄口12与壳体8上的通孔13对应设置，且所述相机放置槽10朝向所述推力器4设置，所述遮挡结构11设于所述支撑结构9上，并用于遮挡所述拍摄口12。

通过在真空罐1内设置滑道2，并且在滑道2上设置固定板3和安装板5，便于将推力器4安装在固定板3上，环形轨道6安装在安装板5；其中，安装板5可以沿着滑道2的延伸方向，相对固定板3进行移动；同时，在环形轨道6上设有移动机构，羽流数据采集装置7设置在移动机构上，该移动机构的设置，对同一位置上的羽流数据进行多光谱测量，同时环形轨道6携带羽流数据采集装置7围绕推力器4羽流进行大范围数据采集，获得不同位置下的多光谱图像，获得的二维羽流图像数据通过数据处理，反投影处理后获得羽流组分三维空间数据。通过将支撑结构9设置在壳体8内，并且在支撑结构9上设有相机放置槽10，便于将相机安装在相机放置槽10内，并且，在支撑结构9上设置拍摄口12，同时，该拍摄口12与壳体8上的通孔13相对应，便于相机拍摄到壳体8外的推力器4，并在该拍摄口12内安装滤波片，同时，利用遮挡结构11可有效的遮挡滤波片，再通过相机获得羽流图像；

该三维密度分布的断层成像重建装置，简单易用，记录形式直观、直接获得羽流二维图像数据。该三维密度分布的断层成像重建装置对羽流干扰较小，可确保测试数据的正确性。同时，对羽流无反流，不影响推力器4的正常工作。并可对推力器4羽流进行连续测量，避免了测试过程中数据的离散化，同时提高了光谱测试过程中的时间分辨率。

该三维密度分布的断层成像重建装置，具有较高的空间分辨率以及较高的测量精度；可调性高，可以通过控制器响应提高和降低羽流数据采集装置7采集的间隔角以控制成本或提高空间分辨率。采用的数学变换方法基于立体几何与数学变换，简单、快速、使用。该三维密度分布的断层成像重建装置与程序具有极快的响应能力，获得数据快速便于及时对于推力器4进行调整。

在一些可选的实施例中，所述遮挡结构11包括：筒体14，设于所述支撑结构9上，且靠近所述相机放置槽10设置，所述筒体14内设有石英片15，所述石英片15为磁性件；导向滑槽16，一端连接所述筒体14，另一端设于所述支撑结构9上，所述导向滑槽16用于承接所述石英片15；驱动电机17，设于壳体8的内壁上，所述驱动电机17上设有转动杆18，所述转动杆18靠近所述筒体14设置，所述筒体14用于推动所述石英片15沿所述导向滑槽16移动，并移动至所述拍摄口12处。

通过将筒体14设置在支撑结构9上，即为了该筒体14提供了安装位置，并且，该筒体14靠近支撑结构9内的相机放置槽10设置，可保证筒体14内的石英片15快速运动至相机放置槽10对应的拍摄口12处。其中，驱动电机17设置在壳体8的内壁上，并且，在该支撑结构9上设有转动杆18，该转动杆18通过驱动电机17的转动而进行转动，该转动杆18实际工作时，为逆时针转动，即可将筒体14内的石英片15通过导向滑槽16，并沿着导向滑槽16的延伸方向进行移动，再利用遮挡结构11抵接在拍摄口12处，与滤波片相对应设置。

其中，所述导向滑槽16内设有弹簧片19，所述弹簧片19与所述石英片15卡接。该弹簧片19的设置，使得石英片15从导向滑槽16的一端弹入至导向滑槽16的另一端，同时，该弹簧片19可以将该石英片15卡接在导向滑槽16内，并配合壳体8的侧壁，保证了该石英片15的位置处于稳定状态。

在一些可选的实施例中，该三维密度分布的断层成像重建装置还包括限位结构20，所述限位结构20包括：限位电机21，所述限位电机21设于所述支撑结构9上；限位杆22，设于所述限位电机21上，所述限位杆22与所述石英片15抵接。

该限位电机21设置在支撑结构9上，即该支撑结构9为限位电机21提供了暗黄位置，保证了限位电机21安装的稳定性。同时，该限位电机21上设置限位杆22，该限位杆22可以通过限位电机21的动作进行移动，从而与位于导向滑槽16上的石英片15进行抵接，即配合弹簧片19共同夹持石英片15，保证该石英片15处于滤波片前方位置时的稳定性。

在一些可选的实施例中，该三维密度分布的断层成像重建装置还包括收集结构23，所述收集结构23包括：磁性收集槽24，设于所述壳体8内；收集电机25，设于所述支撑结构9上，并位于所述磁性收集槽24的上方，所述收集电机25上设有收集杆26，所述收集杆26与所述石英片15抵接。

使用后的废弃石英片15，通过限位电机21的移动，进而带动限位杆22的移动，使得废弃石英片15落入磁性收集槽24内进行收集，并利用收集带动带动收集杆26与废弃石英片15抵接，从而收集至磁性收集槽24内。

由于石英片15为磁性件，石英片15受到磁吸收集槽的吸引，因此，可以顺利的进入至磁性收集槽24内进行收集。

在一些可选的实施例中，所述支撑结构9上设有多组第一驱动件27，所述第一驱动件27的两端设有齿轮28，齿条29套设于多组所述齿轮28上，所述相机放置槽10位于所述齿条29内，且所述拍摄口12位于所述齿条29上，并与相机放置槽10对应设置。

通过在支撑结构9上设置多组第一驱动件27，并且，在第一驱动件27的两端均设置齿轮28，便于将齿条29套设在多个齿轮28上；当需要调整拍摄口12的位置与相机的位置相对应时，则可通过第一驱动件27，带动齿轮28进行转动，进而带动齿条29进行转动，从而调节了拍摄口12的位置，也调节了相机放置槽10内相机的拍摄位置。

其中，支撑结构9上设有三组第一驱动件27，并且，每组第一驱动件27的两端均设置齿轮28，因此，齿轮28具有六个，齿条29套设在齿轮28上。

在一些可选的实施例中，所述移动机构包括：载盘30，设于所述环形轨道6上，所述载盘30与壳体8连接；连接轮31，具有多个，多个所述连接轮31设于所述载盘30上，且位于所述环形轨道6的两侧；第二驱动件，设于所述载盘30上，所述第二驱动件驱动所述连接轮31沿所述环形轨道6周向移动。

通过将载盘30设置在环形轨道6上，即通过载盘30实现环形轨道6与壳体8的连接。同时，在载板上设置第二驱动件，可通过第二驱动件带动多个连接轮31进行转动，从而实现该载盘30带着壳体8在环形轨道6上进行移动，即实现该羽流数据采集装置7采集不同角度的定向羽流等离子体信息。

其中，环形轨道6上设有底座33，该底座33设置在安装板5上，通过螺栓贯穿螺纹孔34，实现底座33与安装板5的连接。

在一些可选的实施例中，所述支撑结构9包括：支撑架32，所述支撑架32设于壳体8内，所述驱动电机17位于所述支撑架32的一端，所述收集电机25位于所述支撑架32的另一端。

通过支撑架32的设置，从而实现了驱动电机17和收集电机25的安装，保证了驱动电机17和收集电机25安装的稳定性。

同时，限位电机21和第一驱动件27均设置在支撑架32上。

本发明还提供了一种三维密度分布的断层成像重建方法，包括以下步骤：

步骤1：组装断层成像重建装置；

步骤2：基于组装的断层成像重建装置做好羽流测试前的准备工作；

步骤3：控制羽流数据采集装置7开始工作，通过驱动电机17使转动杆18逆时针旋转，将第一片卡好的石英片15推出筒体14，通过弹簧片19配合限位杆22卡在滤波片处，此时，相机透过滤波片获得羽流图像；

此时，通过控制多组第一驱动件27转动，并带动多组齿轮28同时转动，使得齿条29开始转动，控制旋转距离使滤光片正好位于相机镜头正前方；

步骤4：重复步骤3，控制相机透过该滤波片获得该位置下的不同波长的滤光片图片，上传至电脑并保存；

步骤5：重复步骤3-4的操作至完成所有滤波片光强数据的采集；

步骤6：控制环形轨道6上的第二驱动件，使载盘30围着推力器4旋转30°，羽流数据采集装置7达到下一个采集位置，并在此位置完成所有滤波片的光强数据的采集；

步骤7：基于步骤5-6滤波片的光强数据的采集，在数据终端进行图像的初步判断，来保证数据采集的清晰度与分辨率；

步骤8：采集完成推力器4所有角度下的所有滤波片的光强数据，得到等离子体羽流组分的三维分布。

其中，所述步骤1具体为，

步骤1.1：对羽流数据采集装置7进行组装，将多组第一驱动件27安装在支撑结构9上，并在第一驱动件27的两端安装齿轮28，带有滤波片的齿条29套设在齿轮28上，再将驱动电机17和转动杆18安装完毕，在筒体14底部放入弹簧，并添加若干片带有磁性边缘的石英片15，石英片15被壳体8限制在相机放置槽10的前方，将相机放入相机放置槽10中，羽流数据采集装置7安装完成；

步骤1.2：记录相机入射光圈直径D、相机距离光源距离L、像素的特征长度D、以及焦距大小f，便于反投影变换的实现；

步骤1.3：对环形轨道6进行安装，将环形轨道6通过螺栓孔固定在真空罐1的安装板5上；

步骤1.4：将羽流数据采集装置7安装在载盘30上，完成羽流测试装置的安装；

步骤1.5：向相机放置槽10中的水冷装置内的循环水管中注入冷却水，防止相机由于过热而失效。

在一些可选的实施例中，所述步骤2中，做好羽流测试前的准备工作具体为，将推力器4安装在对应的固定板3上，关闭真空罐1，对真空罐1抽气，将推力器4点火，准备开始羽流测试。

其中，所述步骤7在数据终端进行图像的初步判断具体为，若所采集图像上出现斑点或有杂光出现，证明由于羽流的恶劣环境，石英片15被污染，需要更换滤波片前的石英片15，来保证数据采集的清晰度与分辨率。

具体地，所述更换滤波片前的石英片15具体步骤为，

步骤7.1：控制驱动电机17使转动杆18顺时针旋转，同时控制限位电机21带动限位杆22顺时针运动，收集电机25带动收集杆26逆时针转动，即转动杆18和限位杆22、以及收集杆26的复位至初始位置；

步骤7.2：此时，新石英片15在驱动电机17和转动杆18的作用下覆盖在拍摄口12前，通过弹簧片19挤出上一个已经被污染的石英片15，被污染的石英片15被磁性收集槽24吸附；保证在数据采集装置的运行过程中不会发生脱落的情况。

其中，所述步骤8具体包括以下步骤：

步骤8.1：采集完成推力器4所有角度下的所有滤波片的光强数据；

步骤8.2：对推力器4羽流二维图像数据进行反投影求解；

步骤8.3：获得等离子体羽流组分的三维分布。

在测试过程中，将推力器4羽流前置与羽流测试装置，使得在测试阶段可以获得完整的羽流二维图像后进行实验。

该三维密度分布的断层成像重建装置，在三维空间内对羽流等离子体进行高分辨率的羽流粒子测试，在对羽流三维空间进行二维图像数据采集后，通过后反投影算法对推力器羽流进行三维空间分布分析。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种三维密度分布的断层成像重建装置，其特征在于，包括：

真空罐（1），所述真空罐（1）内设有滑道（2）；

固定板（3），设于所述滑道（2）上，且在所述固定板（3）上设有推力器（4），所述推力器（4）用于提供定向羽流等离子体；

安装板（5），设于所述滑道（2）上，所述安装板（5）上设有环形轨道（6），且在所述环形轨道（6）上设有移动机构，所述安装板（5）与固定板（3）位于同一平面上；

羽流数据采集装置（7），设于所述移动机构上，所述羽流数据采集装置（7）用于采集定向羽流等离子体信息，所述羽流数据采集装置（7）包括壳体（8）和支撑结构（9）、相机放置槽（10）、以及遮挡结构（11），所述支撑结构（9）设于所述壳体（8）内，所述支撑结构（9）上设有拍摄口（12），所述拍摄口（12）内设有滤波片，所述相机放置槽（10）对应所述拍摄口（12）设置，所述拍摄口（12）与壳体（8）上的通孔（13）对应设置，且所述相机放置槽（10）朝向所述推力器（4）设置，所述遮挡结构（11）设于所述支撑结构（9）上，并用于遮挡所述拍摄口（12）；

所述遮挡结构（11）包括：

筒体（14），设于所述支撑结构（9）上，且靠近所述相机放置槽（10）设置，所述筒体（14）内设有石英片（15），所述石英片（15）为磁性件；

导向滑槽（16），一端连接所述筒体（14），另一端设于所述支撑结构（9）上，所述导向滑槽（16）用于承接所述石英片（15）；

驱动电机（17），设于所述壳体（8）的内壁上，所述驱动电机（17）上设有转动杆（18），所述转动杆（18）靠近所述筒体（14）设置，所述转动杆（18）用于推动所述石英片（15）沿所述导向滑槽（16）移动，并移动至所述拍摄口（12）处；

所述移动机构包括：

载盘（30），设于所述环形轨道（6）上，所述载盘（30）与壳体（8）连接；

连接轮（31），具有多个，多个所述连接轮（31）设于所述载盘（30）上，且位于所述环形轨道（6）的两侧；

第二驱动件，设于所述载盘（30）上，所述第二驱动件驱动所述连接轮（31）沿所述环形轨道（6）周向移动；

还包括收集结构（23），所述收集结构（23）包括：

磁性收集槽（24），设于所述壳体（8）内；

收集电机（25），设于所述支撑结构（9）上，并位于所述磁性收集槽（24）的上方，所述收集电机（25）上设有收集杆（26），所述收集杆（26）与所述石英片（15）抵接；

所述支撑结构（9）包括：

支撑架（32），所述支撑架（32）设于壳体（8）内，所述驱动电机（17）位于所述支撑架（32）的一端，所述收集电机（25）位于所述支撑架（32）的另一端。

2.根据权利要求1所述的三维密度分布的断层成像重建装置，其特征在于，所述导向滑槽（16）内设有弹簧片（19），所述弹簧片（19）与所述石英片（15）卡接。

3.根据权利要求2所述的三维密度分布的断层成像重建装置，其特征在于，还包括限位结构（20），所述限位结构（20）包括：

限位电机（21），所述限位电机（21）设于所述支撑结构（9）上；

限位杆（22），设于所述限位电机（21）上，所述限位杆（22）与所述石英片（15）抵接。

4.根据权利要求3所述的三维密度分布的断层成像重建装置，其特征在于，所述支撑结构（9）上设有多组第一驱动件（27），所述第一驱动件（27）的两端设有齿轮（28），齿条（29）套设于多组所述齿轮（28）上，所述相机放置槽（10）位于所述齿条（29）内，且所述拍摄口（12）位于所述齿条（29）上，并与相机放置槽（10）对应设置。

5.一种采用权利要求4所述的三维密度分布的断层成像重建装置的重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：组装断层成像重建装置；

步骤2：基于组装的断层成像重建装置做好羽流测试前的准备工作；

步骤3：控制羽流数据采集装置（7）开始工作，通过驱动电机（17）使转动杆（18）逆时针旋转，将第一片卡好的石英片（15）推出筒体（14），通过弹簧片（19）配合限位杆（22）卡在滤波片处，此时，相机透过滤波片获得羽流图像；

此时，通过控制多组第一驱动件（27）转动，并带动多组齿轮（28）同时转动，使得齿条（29）开始转动，控制旋转距离使滤光片正好位于相机镜头正前方；

步骤4：重复步骤3，控制相机透过该滤波片获得该位置下的不同波长的滤光片图片，上传至电脑并保存；

步骤5：重复步骤3-4的操作至完成所有滤波片光强数据的采集；

步骤6：控制环形轨道（6）上的第二驱动件，使载盘（30）围着推力器（4）旋转30°，羽流数据采集装置（7）达到下一个采集位置，并在此位置完成所有滤波片的光强数据的采集；

步骤7：基于步骤5-6滤波片的光强数据的采集，在数据终端进行图像的初步判断，来保证数据采集的清晰度与分辨率；

步骤8：采集完成推力器（4）所有角度下的所有滤波片的光强数据，得到等离子体羽流组分的三维分布。

6.根据权利要求5所述的重建方法，其特征在于，所述步骤1具体为，

步骤1.1：对羽流数据采集装置（7）进行组装，将多组第一驱动件（27）安装在支撑结构（9）上，并在第一驱动件（27）的两端安装齿轮（28），带有滤波片的齿条（29）套设在齿轮（28）上，再将驱动电机（17）和转动杆（18）安装完毕，在筒体（14）底部放入弹簧，并添加若干片带有磁性边缘的石英片（15），石英片（15）被壳体（8）限制在相机放置槽（10）的前方，将相机放入相机放置槽（10）中，羽流数据采集装置（7）安装完成；

步骤1.2：记录相机入射光圈直径D、相机距离光源距离L、像素的特征长度D、以及焦距大小f，便于反投影变换的实现；

步骤1.3：对环形轨道（6）进行安装，将环形轨道（6）通过螺栓孔固定在真空罐（1）的安装板（5）上；

步骤1.4：将羽流数据采集装置（7）安装在载盘（30）上，完成羽流测试装置的安装；

步骤1.5：向相机放置槽（10）中的水冷装置内的循环水管中注入冷却水，防止相机由于过热而失效。