【正文】 ro scale heat transfer, is proposed in this paper. In this paper, the researches are focused on the improvement of measurement sensitivity, so as to meet the needs of measurement for mini/micro scale fluid temperature distribution. Three approaches are presented. physical and mathematical models of Moir233。 fringes,when the thin wire was heated, was obtained successfully. Furthermore, the temperature distribution around the heated thin wire was finally determined. proposed in this paper is actually applicable to mini/micro scale fluidtemperature measurement. The researches also showed that the three approaches to improve the measurement sensitivity work well. The optical method will be a useful experiment technique for mini/micro scale heat transfer. Key words: Mini/micro scale heat transfer, Moir233。 云紋干涉法是以試件表面的高靈敏度云紋光柵作為變形的傳感元件的，因而高質(zhì)量的高靈敏度云紋光柵及其復(fù)制也成為該 方法推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。 云紋干涉法的基本原理 云紋干涉法在其發(fā)展歷史上先后出現(xiàn)了兩種解釋?zhuān)椿诳臻g虛柵的解釋與波前干涉理論。 最早對(duì)云紋干涉法的解釋為 :對(duì)稱(chēng)于試件柵法向入射的兩束相 干準(zhǔn)直光在試件表面的交匯區(qū)域內(nèi)形成頻率為試件柵兩倍 ( sff 2? )的空間虛柵，當(dāng)試件受載變形時(shí)，刻制或復(fù)制在試件表面的試件柵也隨之變形，變形后的試件柵與作為基準(zhǔn)的空間虛柵相互作用形成云紋圖，該云紋圖即為沿虛柵主方向的面內(nèi)位移等值線，并提出了類(lèi)似于幾何云紋的面內(nèi)位移計(jì)算公式 : sXX fNfNu 2?? (11) sXX fNfNv 2?? 圖 云紋干涉法的空間虛柵解釋 對(duì)這一方法的理論解釋是以傳統(tǒng)的幾何云紋概念為基礎(chǔ)的，對(duì)建立有關(guān)云紋干涉法的一些基本概念是有幫助的，能夠滿(mǎn)足一般實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理的要求。和 B的負(fù)一級(jí)衍射光波 B39。 ? ?aiaA ?exp39。和 B39。39。39。39。39。 如果用波長(zhǎng)數(shù) n表示相對(duì)光程變化，并考慮到光程與位相之間的關(guān)系 ),(2),( yxnyx ???? ??? （ 16） 由此得到 x方向面內(nèi)位移 u的表達(dá)式 sXfNu 2? （ 17） 式中， NX是 u場(chǎng)等位移條紋級(jí)數(shù)。 云紋干涉法實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù) 云紋干涉法光路系統(tǒng)的基本要求是保證對(duì)稱(chēng)入射到試件柵上兩束等強(qiáng)度的相干準(zhǔn)直光。該光路只能測(cè)量單方向位移場(chǎng)，而且反射鏡要緊挨試件。 圖 大準(zhǔn)直鏡光路系統(tǒng) 圖 所示的光路利用一個(gè)大準(zhǔn)直鏡產(chǎn)生一束面積較大的準(zhǔn)直光，利用四個(gè)反射鏡將其分為四束準(zhǔn)直光 (圖中只畫(huà)了豎直方向的光束，水平方向也可分 為兩束準(zhǔn)直光 )，然后通過(guò)另外四個(gè)反射鏡將四束準(zhǔn)直光反射到試件表面。該光路結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)節(jié)方便，適用于開(kāi)發(fā)云紋干涉法的測(cè)試儀器。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(cè)量的靈敏度和精度。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。 1964 年 鋼板的熱應(yīng)變進(jìn)行了測(cè)量。同年， Lytle Johnson 對(duì)焊接板的熱應(yīng)變問(wèn)題進(jìn)行了研究。自從 和 于 1991 年提出了在金屬膜表面濕法刻蝕高頻柵制作高溫光柵的想法以來(lái)，許多實(shí)驗(yàn)工作者致力于這方面的研究。 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)。八十年代后期以來(lái)，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。 小結(jié) 本章首先闡述了云紋干涉法理論上的兩種基本 解釋?zhuān)瑢?duì)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(duì)目前國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)工作者對(duì)云紋干涉法在高溫測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)行了綜述。 K 值隨氣體的種類(lèi)的不同而不同，且隨波長(zhǎng)略有變化。設(shè)光線沿 z 軸正方向傳播，由幾何分析和理論分析都可以得到光線穿過(guò) 非均勻折射率場(chǎng)時(shí)偏折的角度為 : dzynndzxnnLyLx????????0011?? (26a) 兩式中的積分均指對(duì)于整個(gè)光線所穿過(guò)得路程的積分，其中 L為探測(cè)光束所經(jīng)過(guò)的試驗(yàn)段的長(zhǎng)度， x? 和 y? 分別表示光線穿過(guò)非均勻折射率場(chǎng)后的偏折角在xz 和 yz 平面內(nèi)的投影 ,n 為介質(zhì)的折射率。 莫爾偏折法測(cè)溫的基本原理 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 14 頁(yè) 共 32 頁(yè) 莫爾偏折法是建立于莫爾效應(yīng)基礎(chǔ)上的一種光學(xué)方法。簡(jiǎn)單的幾何分析即可得 ? ?? ? pmxypkxy?????????????????????????????????????2s in2c o s2s in2c o s )82()72(?? 其中 k 和 m 均為整數(shù)，對(duì)于一級(jí)亮紋有 mk=1 由（ 2－ 7）可以解得 : )2/sin(2 )( ? pkmx ?? (29) 實(shí)驗(yàn)中θ角很小，從而我們有以下近似： ?? lppkmx ??? )( (210) 一級(jí)亮紋對(duì)應(yīng)于 l=mk=1。 (211) 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 15 頁(yè) 共 32 頁(yè) 圖 21莫爾條紋形成機(jī)理的序數(shù)方程法解釋中的幾何關(guān)系 圖 22對(duì)一級(jí)亮紋的序數(shù)方程分析 利用光束偏折產(chǎn)生莫爾條紋位移來(lái)進(jìn)行流體溫度場(chǎng)測(cè)量的方法稱(chēng)為莫爾偏折法。光線透過(guò)被測(cè)非均勻介質(zhì)后，光線的傳播方向?qū)⑵x原來(lái)傳播方向的角度為 ? 。這時(shí)光柵的序數(shù)方程為 pkdxdyxy )(2s i n)39。 （ 215） 當(dāng)光線沒(méi)有通過(guò)位相物體時(shí)，由（ 2－ 10）式 x = lp/θ與（ 2－ 15）聯(lián)立得莫 爾條紋位移為 ? ? ? ??? dyxxxyxh y ,39。2, ?? ?? (217) 聯(lián)合（ 216），（ 217）得 ? ? ? ?yxdpyxy ,2 39。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 18 頁(yè) 共 32 頁(yè) 圖 24 莫爾偏折法測(cè)溫框圖 傅立葉變換求取莫爾條紋相位的基本原理 由 可以基本了解莫爾偏折法測(cè)溫度的基本原理，由莫爾條紋的相位變化? ?yx,?? 得到光線偏折角 ? ?yxy ,? ，進(jìn)而求出流體的折射率場(chǎng) ? ?yxn , ，最后求的溫度場(chǎng)的變化 ? ?yxT ,? ，由 ? ? ? ? ? ?yxTyxTyxT , 0??? 得到待求溫度。莫爾條紋圖案光強(qiáng)分布滿(mǎn)足如下關(guān)系： ? ? ? ? ? ? ? ?? ?yxxfyxbyxayxg ,2c o s, 0 ?? ??? （ 219） 其中 ? ?yx,? 為相位，包含了待測(cè)試的有用信息； ? ?yxa , 和 ? ?yxb , 是由于背景輻射、不均勻反射和傳播引起的噪聲信息參數(shù)； 0f 是干涉條紋在空間周期性變化的基頻，它對(duì)條紋的影響要大于 ? ?yxa , 和 ? ?yxb , 。 通過(guò)帶通濾波濾去 ? ?yfA , 和 ? ?yffC ,0? 只保留下 ? ?yffC ,0? 并對(duì)? ?yffC ,0? 進(jìn)行傅立葉逆變換可以得到 ? ? ? ? ? ?? ?? ?xfyxiyxbyxc02,e x p,21,39。Imt an2, 0 ccacxfyx ?? ?? (224) 其中 ??Im 和 ??Re 分別表示對(duì)復(fù)數(shù)取虛部和實(shí)部。無(wú)流場(chǎng)擾動(dòng)時(shí)的莫爾條紋的分布函數(shù)為： ? ? ? ? ? ? ? ?? ?yxxfyxbyxayxg ,2c o s, 000 ?? ??? （ 226） 對(duì)上式傅立葉變換、濾波、傅立葉逆變換，得到 ? ? ? ? ? ?? ?? ?xfyxiyxbyxc000 2,e x p,21,39。由（ 2－ 18）式可知，光束偏折角 ? ?yxy ,? 與莫爾條紋相位變化 ? ?yx,??之間的關(guān)系為 ? ? ? ?yxdpyxy ,2 39。由此可得 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 21 頁(yè) 共 32 頁(yè) ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ?yxcyxc yxcyxcacyx ,39。Imt a n, 00?? ?