云紋干涉法測量流體溫度場的畢業(yè)設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-06-14 01:06 本頁面
【正文】 路的缺點(diǎn)是需要一個(gè)大準(zhǔn)直鏡和較多的反射鏡，這使得整個(gè)光路系統(tǒng)較為龐大、調(diào)節(jié)更為煩瑣，而且大準(zhǔn)直鏡的加工也很困難。 ，準(zhǔn)直激光束垂直入射到一個(gè)高頻正交云紋光柵的表面，在互相垂直的光柵方向產(chǎn)生對稱的士l級衍射光，利用四個(gè)反射鏡將這四束衍射光反射到試件表面，這樣即可同時(shí)測量U、V變形位移場。該光路結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)節(jié)方便，適用于開發(fā)云紋干涉法的測試儀器。該光路的關(guān)鍵元件是分光光柵，要求具有很高的質(zhì)量，以保證衍射的四束光仍然是準(zhǔn)直光。通過調(diào)節(jié)四個(gè)反射鏡的角度，可以改變?nèi)肷涞皆嚰砻娴募す馐鴬A角，從而適用于不同試件柵頻率的測量。該光路系統(tǒng)的光學(xué)元件和試件之間有一定的距離，可以用于處于復(fù)雜環(huán)境中(如高溫環(huán)境)的試件變形測量。另外，利用微型馬達(dá)驅(qū)動(dòng)分光光柵，可以方便地實(shí)現(xiàn)云紋干涉法的相移技術(shù)，以提高測量的靈敏度和精度。由于云紋干涉法是以復(fù)制在試件或構(gòu)件表面的云紋光柵為試件變形的傳感元件的，因而制作高質(zhì)量、高靈敏度和高精度的試件柵便成為云紋干涉法推廣應(yīng)用的關(guān)鍵性元件。云紋光柵的制作是云紋干涉法的重要內(nèi)容，也是影響和制約云紋干涉法推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。云紋光柵的制作途徑通常有機(jī)刻和光刻兩種。由于機(jī)刻的方法不僅費(fèi)時(shí)和昂貴，而且光柵頻率即靈敏度受到限制，因此云紋干涉法中所使用的光柵通常采用光刻的方法，即采用激光全息干涉系統(tǒng)和光致抗蝕劑(即光刻膠)刻蝕云紋光柵。根據(jù)全息干涉原理，全息光柵的頻率與雙光束的夾角2和光源的波長兄有關(guān)，并由下式?jīng)Q定: （110）為了消除光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)元件的缺陷和不潔凈引起的散斑噪聲對光柵質(zhì)量的影響，利用上述制柵系統(tǒng)可以獲得高質(zhì)量的全息云紋光柵，由此獲得云紋條紋可以與光彈性條紋想媲美，為云紋干涉法的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 云紋干涉法應(yīng)用于高溫條件的關(guān)鍵技術(shù)在于研制承受高溫的全息云紋光柵以高溫條件下的變形試件柵復(fù)制技術(shù)。在現(xiàn)代光測力學(xué)中，云紋法在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用使于六十年代。隨后，.。在以后的發(fā)展中，人們不斷改進(jìn)高溫柵的制作工藝，使高溫柵的制作水平有所提高。，使高溫位相粗柵的質(zhì)量有所提高。同年，Lytle Johnson對焊接板的熱應(yīng)變問題進(jìn)行了研究。，使振幅型高溫粗柵的使用溫度范圍有所提高。他在后來還提出了使用鎳網(wǎng)制作振幅型高溫粗柵的方法并把高溫柵的使用溫度提高到1370攝氏度。在云紋干涉法技術(shù)中，℃的硅橡膠柵開始的，這一耐高溫光柵的應(yīng)用不僅發(fā)展了高溫云紋干涉法實(shí)驗(yàn)技術(shù)，而且將高溫云紋干涉法實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用研究帶入了一個(gè)新的領(lǐng)域，即高溫細(xì)觀斷裂力學(xué)的研究領(lǐng)域，它成功地揭示了材料高溫?cái)嗔蚜W(xué)的一部分特征。，許多實(shí)驗(yàn)工作者致力于這方面的研究。謝惠民在1992年首次提出了一種新型的雙鍍層高溫云紋光柵制作工藝，它的特點(diǎn)概括為:在不同的材料表面上，利用兩種抗氧化能力強(qiáng)的金屬鍍層制作云紋光柵，使得該工藝制作的高溫云紋光柵具有廣泛的適用性。他應(yīng)用此工藝在青銅、不銹鋼材料上制作了高溫柵，并且分別進(jìn)行了550℃長時(shí)間氧化實(shí)驗(yàn)和750℃短時(shí)間氧化實(shí)驗(yàn)。為了解決陶瓷材料的熱沖擊斷裂和航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片殘余變形測量以及材料在強(qiáng)激光輻照下的變形測試等新問題，又促使高溫柵向更高的溫度發(fā)展，出現(xiàn)了干法濕法刻蝕金屬和陶瓷材料基體的零厚度光柵(1100℃)，并對進(jìn)一步認(rèn)識(shí)材料的斷裂破壞機(jī)理作出了貢獻(xiàn)，也使得高溫云紋干涉法實(shí)驗(yàn)技術(shù)中的高溫柵得到更進(jìn)一步的發(fā)展。高溫條件下的光柵復(fù)制技術(shù)是高溫云紋干涉法的另一重要技術(shù)。(UEL)基體上制作高溫云紋光柵，然后在高溫條件下用環(huán)氧膠將光柵復(fù)制到試件表面。試件冷卻到室溫，試件柵隨之變形，在室溫下利用云紋干涉法測出這種熱變形。、成功地研究了炭/環(huán)氧纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層板的固化殘余應(yīng)變(125℃)，隨后又成功地研究了新型炭/環(huán)氧纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層板的固化殘余應(yīng)變(185℃)。八十年代后期以來，微電子封裝技術(shù)朝著大規(guī)模、高密度表面安裝的方向迅猛發(fā)展。由于微電子封裝組件結(jié)構(gòu)的尺寸復(fù)雜，并且由力學(xué)性能不同的多種材料組成，熱膨脹系數(shù)的不匹配導(dǎo)致很大的應(yīng)變梯度和應(yīng)變集中，微電子封裝組件結(jié)構(gòu)的尺寸越小，結(jié)構(gòu)材料越復(fù)雜，熱應(yīng)變問題就越嚴(yán)重。針對這一問題的具體特點(diǎn)，成功地研究了一系列新型微電子封裝組件的熱應(yīng)變問題，并使高溫云紋干涉法實(shí)驗(yàn)技術(shù)得到更進(jìn)一步的發(fā)展。為了將云紋干涉法實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電廠主蒸汽管道的蠕變監(jiān)測，鄒大慶等人提出并實(shí)現(xiàn)了曲面變形柵復(fù)制技術(shù)，但為工程單位提供了有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，而且同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了高溫云紋干涉法實(shí)驗(yàn)技術(shù)對于曲面的變形問題的研究，拓寬了高溫云紋干涉法的應(yīng)用范圍。本章首先闡述了云紋干涉法理論上的兩種基本解釋，對云紋干涉法的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、光柵技術(shù)等進(jìn)行了介紹，并對目前國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)工作者對云紋干涉法在高溫測試領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)行了綜述。本章內(nèi)容為作者進(jìn)一步開展云紋干涉法在高溫測試領(lǐng)域的研究準(zhǔn)備了必要的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。2 莫爾偏折法測量流體溫度場的基本原理－戴爾（GladstoneDale）公式 對于均勻透明介質(zhì)，根據(jù)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的知識(shí)可以得到它的折射率是介質(zhì)密度的函數(shù)，用羅倫茨－羅倫茲（LorenzLorentz）關(guān)系式表示為 （21）其中是介質(zhì)密度。 氣體，折射率 n 接近于 1，羅倫茨－羅倫茲關(guān)系式可以簡化為格拉德斯通－戴爾（Gladstone－Dale）公式，簡稱 G－D 公式，即 （22）其中 K 為格拉德斯通－戴爾常數(shù)，簡稱 G－D 常數(shù)。K值隨氣體的種類的不同而不同，且隨波長略有變化。對于溫度場，如果在氣流中壓強(qiáng)可以認(rèn)為是常數(shù)，并且理想氣體狀態(tài)方程成立，即 (23)其中 P 為壓強(qiáng)，T 為溫度，M 為氣體的分子量，R 氣體常數(shù)。則對 n( x,y,z)有 (24a) 或 (24b) 式（2－4a）、（2－4b）表明溫度一階導(dǎo)數(shù)和所測的折射率一階導(dǎo)數(shù)之間有比較簡單的關(guān)系，由式（22）和式（23）可得溫度場 T
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