CN1194816A - 激光旋转扫描干涉ct仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光旋转扫描干涉CT仪,其发明特点是将激光干涉仪设置在一块可绕下方防震平台旋转的环形花岗岩平板基座上,待测物位于平板基座内环中的防震平台上,其旋转角度由圆环栅和光电传感器实时给出,本发明采用待测场不动,干涉仪转动的结构,可获得干涉图像的方向达几十至一百多路,提高了重建精度,结构简单,体积仅0.4立方米,重量几十公斤,使用方便,对似稳场完全达到实时采样要求,可广泛商品化推广。

Description

激光旋转扫描干涉CT仪

本发明涉及一种光学CT仪，特别是一种激光旋转扫描干涉CT仪。

目前，医学上常用的X-CT仪是利用X射线对待测物体进行180度范围多方向扫描，再由这多方向扫描投影结果经计算机软件包处理给出待检查的人或物的层析结构。这种医用X-CT仪基本上是定性检查。与此相应发展的光学CT技术，则是严格的定量科学检测技术，有高得多的难度，它采用精度很高的多方向干涉数据，而不是简单的投影数据，通过计算机处理给出各层面严格定量的待测场定量的分布。目前，取得干涉数据的方法有光学干涉、全息干涉或莫尔干涉和散斑法等，多方向数据处理与三维层析重建已有大量文献报道。但至今光学干涉CT研究仍只局限于论著的研究和实验原理研究工作上，尚未见到象医用X-CT仪那样实用化和商品化的且使用方便的光学CT仪。其原因是待测对象复杂多变，至今尚未完全解决180度范围内充分多方向干涉图的正确快速获得与处理。H.M.Hertz.Experimen-tal determination of 3-D flame temperature field by interferometrictomography.Optics Communication.1985.54(3)，731～736一文报道，利用马赫—曾德干涉仪，通过旋转模型，获得火焰四个方向的干涉图，然后利用计算机层析得到该温度场的三维分布。这种方法存在的最大问题是，每次旋转严重干扰流场，需要较长的稳定时间才能建立新一次的平衡，检测速度很慢。另外，一次CT测量，要求多方向干涉图是对同一场分布采样测量，而时间差较长，转动扰动后不能认为能完全重复再建同一个场，因此也必然影响层析的精度和测量的正确性。全息干涉CT技术如R.D.Matulka and D.J.Colins，“Dotermination of threedimensional density fields from holographic illnterferometry”J.Applphys 42 1109-1119(1971)，他们设计了用三个方向的三张全息片记录三张双曝光全息图，它可得到六个角间隔为15度的二维干涉图，这种方法的问题之一是光路复杂，需严格隔震，且采样方向数少，仅为分离的几个小角范围，不均匀，影响重建精度；另一缺点是全息干涉是二步法，需先经二次曝光拍全息图，再经显、定影处理后翻拍成干涉图，最后由CCD输入计算机作层析处理，它的过程复杂，不实时，只能用于实验室而难以实用。1988年由发明人曾提出了一种多方向多通道干涉光路，以不同角度通过特测物，获得多方向干涉图，优点是可实现快速瞬态测量，但它存在的不足仍是光路复杂，而且调整困难，采样方向数受空间重叠限制，不可能足够多，也影响层析精度，以上全息与干涉层析系统装置皆置于重达几百公斤、几平方米的防震台上进行，仅为实验室装置，难以形成轻便的商品化仪器。

本发明的目的在于针对上速现有技术中存在的不足，提供一种和医用X-CT仪并列的、可产品化的激光旋转扫描干涉CT仪。它能够对稳定场和变化不太快的待测物体与场进行干涉层析检测，而且结构简单、造价低、能实时地满足较高的重建精度要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。激光旋转扫描干涉CT仪，它包括激光干涉仪、CCD摄像机、计算机以及防震平台，其特征在于激光干涉仪是由激光器、准直系统、两块平行平面分光镜和带数码显示的接收屏组成的大口径分离式干涉仪，它们分别沿光路依次设置在一块环形花岗岩平板基座上，其中两块平行平面分光镜分别设置在环形花岗岩平板基座内环的两侧，构成干涉腔，并加透明隔离罩以隔离气流干扰，保证旋转时干涉条纹的稳定性；在环形花岗岩平板基座下方设置防震平台，防震平台通过隔震气垫固定在工作台上，环形花岗岩平板基座和防震平台通过推力球轴承连接，其中推力球轴承的上部分与花岗岩平板基座的内环连接固定，推力球轴承的下部分与防震平台连接固定，在推力球轴承内的防震平台上放置待测物，使待测场位于干涉腔内。环形花岗岩平板基座在推力球轴承的作用下可相对防震平台旋转，也就是说，环形花岗岩平板基座上的干涉仪可随基座绕中心待测物旋转。另外，在环形花岗岩平板基座和防震平台上分别固定有指示干涉图旋转角度的圆环栅和由发光管和二极管光电探测器构成的同步传感器，光电传感器的输出分别接平板基座上的接收屏和计算机，圆环光栅随基座转动，每转过一缝代表一个角度，产生一个脉冲，由信号线传输给接收屏上数码显示该幅的角度数，同时传输给计算机角度信号。本发明对待测似稳场多方向的高速摄象与图像实时存贮，是由CCD摄像机、高速图像卡和计算机来完成的，高速图像卡装于计算机内，它能保证CCD摄像机对干涉图像的快速摄像和计算机对图像的实时存贮，然后作后处理，软件包运行给出层析结果。

本发明与现有技术相比，其显著的优点是：(1)本发明获得干涉图像的方向可达几十个至一百多个方向，比现有技术的通道数目提高了30至40倍，大大提高了重建精度，且结构简单，造价低，仅相当于一路的价格；(2)本发明采用待测场不动，而干涉仪转动的结构，并用一隔离罩隔离干涉仪旋转时气流的干扰，保证旋转时干涉条纹的稳定性，对变化不太快的场，可以认为多方向，时间差很小的快速旋转采样是对同一物理场进行的，对似稳场已完全达到实时采样要求；(3)本发明所述的激光旋转扫描干涉CT仪，体积小，仅0.4立方米，不到同类仪器的1/10，重量仅几十公斤，不到同类仪器的1/5，使用方便，是一台轻便可商品化的仪器，能对工程热物理热工构件(散热器、换热器等)、电子功率器件散热、大规模集成电路散热特性与热工参数、等离子喷流和火焰等流场参数分布进行三维层析检测，以指导热工物件最佳设计；对晶体、水晶和玻璃等透明光学材料均匀性及生长过程进行三维层析检测，为光学材料研制与元件加工提供三维检测结果，可广泛地商品化推广。

本发明的具体结构由以下附图和实施例给出。

图1是根据本发明所述激光旋转扫描干涉CT仪平面结构示意图。

图2是激光旋转扫描干涉CT仪机械结构示意图。

下面根据附图以H-100型激光旋转扫描干涉CT仪为例，对本发明的结构做进一步详细描述。

参见图1，激光旋转扫描干涉CT仪的主机采用大口径分离式干涉仅，由He-Ne激光器1、折反镜16、两透镜组合而成的准直系统2、一对平行平面镜(3、4)、带数码显示的接收屏5组成F-P干涉仪，也可选用其它类型干涉仪，如莫尔干涉仪或泰曼干涉仪等，虽结构复杂，但只要使特测场位于测量臂中，仍能实现层析，本例选用F-P干涉仪，它的各光学元件分别沿光路被设置在一块厚30mm、外径Φ800mm、内径Φ200mm的环形花岗岩平板基座6上，其中平行平面镜(3、4)分别设置在基座6内环的两侧，构成F-P干涉腔，两平行平面镜(3、4)的间隔为230mm，其反射率均为50％，在F-P干涉腔外加透明隔离罩7，透明隔离罩7上开有入射光孔和出射光孔。准直系统2扩束后的光束口径为Φ100mm。He-Ne激光经折反镜沿径向两透镜准直后为Φ100mm平行光束，进入F-P干涉腔，在接收屏5上形成平直干涉条纹，CCD摄像机14位于接收屏5的反射光路上，摄取屏上干涉图像，并经信号线输入计算机。根据本发明原理设置在环形花岗岩平板基座上的干涉仪还可布置成两路或三路，通过同一待测场，这样虽结构复杂，但可减小旋转角度值，本例选用一路设置。参见图2，在环形花岗岩平板基座6的下方通过环形推力球轴承11连接防震平台8，可设一载物台固定于环腔内防震平台上，用于放置待测物17，使干涉平板基座6可方便绕中心待测物旋转，防震平台由Φ800mm、厚8mm钢板制成，通过三个隔震气垫9置于工作台10上，隔震气垫9采用低压充气气囊，中间填充可增大阻尼的多孔泡沫材料，本例用厚1mm橡皮封成内装泡沫海绵的300×400mm气袋，内外气压差仅0.01kg/cm²，使隔震气垫9处于近临界阻尼状态工作。角度同步传感器为一直径Φ600mm的环形栅尺12，它固定于干涉平板基座6上，按每度一刻缝，缝宽0.5mm，栅尺随平板基座旋转，经角度信号探测器中缝切断，由发光管和光电二极管构成的光电同步传感器13接收产生表示角度的光电脉冲，经角度信号线输入接收屏5上显示电路，实时显示每幅干涉图对应的转角，并可输入计算机15作角度同信号。计算机15选用586，在计算机15中装入高速图像卡，本例选用多媒体卡，30帧/秒，CCD摄像机14的输入接计算机15内的高速图像卡，形成高速图像实时存贮系统和一套层析处理软件包组成的层析处理系统。

Claims (3)

1、一种激光旋转扫描干涉CT仪，它包括激光干涉仪、CCD摄像机、计算机以及防震平台，其特征是激光干涉仪是由激光器[1]、准直系统[2]、平行平面分光镜[3、4]和带数码显示的接收屏[5]组成的大口径分离式干涉仪，它们分别沿光路依次设置在一块环形花岗岩平板基座[6]上，其中平行平面分光镜[3、4]分别设置在环形花岗岩平板基座[6]内环的两侧，构成干涉腔，并加透明隔离罩[7]；在环形花岗岩平板基座[6]下方设置防震平台[8]，防震平台[8]通过隔震气垫[9]固定在工作台[10]上；环形花岗岩平板基座[6]和防震平台[8]通过推力球轴承[11]连接，推力球轴承的上部分与环形花岗岩平板基座[6]的内环连接固定，推力球轴承[11]的下部分与防震平台[8]连接固定；在环形花岗岩平板基座[6]和防震平台[8]上分别固定有指示干涉图旋转角度的圆环栅[12]和由发光管和二极管光电探测器构成的同步传感器[13]；光电同步传感器[13]的输出分别接干涉仪的接收屏[5]和计算机[15]；CCD摄像机[14]位于接收屏[5]的反射光路上，其输出接计算机[15]内的高速图像卡。

2、根据权利要求1所述的激光旋转扫描干涉CT仪，其特征是隔震气垫[9]采用低压充气气囊，中间填充可增大阻尼的多孔泡沫材料。

3、根据权利要求1或2所述的激光旋转扫描干涉CT仪，其特征是在环形花岗岩平板基座[6]上可同时布置一路或两路或三路通过同一特测场的干涉仪。

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