【正文】 2(V)光靈敏度：性噪比：48db工作溫度：20o~50o工作電源：DC12V/800mA CCD相機立體圖 CCD 鏡頭實物圖 圖像采集卡圖像采集卡是作為圖像與計算機之間的通信接口部件，它是將視頻信號變?yōu)橛嬎銠C數(shù)字圖像的硬件設備。被檢測對像的光信息通過光學成像系統(tǒng)成像于CCD的光敏面上，CCD的光敏像元將其上的光強度轉(zhuǎn)換成電荷量。擴束鏡是一種將光的光束半徑擴大的一種鏡片，它帶來的好處是將光束覆蓋的范圍擴大，其不良后果就是給光的準直帶來了麻煩，是光準直的對立面。分束鏡的作用是將一束光分成兩束或兩束以上具有一定光強比的透射光與反射光，按照反射光強與透射光強的比例關系分類，有固定分束比分束鏡和可變分束比分束鏡兩類。本實驗所選用的HeNe激光器如圖1所示，其功率為5mw。 HeNe激光器是最早研制成功的氣體激光器。 金屬試件的選取 為了測量方便，本系統(tǒng)選取銅制薄板作為測量試件，主要是因為金屬銅是熱和電的良導體，熔點高，加熱過程中化學性質(zhì)穩(wěn)定；熱膨脹系數(shù)較大，受熱后形變量明顯，易于觀察；且金屬銅材料內(nèi)部均勻，各向同性，當熱源撤去后能逐漸恢復原狀，滿足系統(tǒng)模型中彈性體的要求。根據(jù)這一基本思路，我們進行了實驗設計。 本章小結本章首先對整個系統(tǒng)模型的建立進行了總體分析，明確了散斑干涉法測溫是一種間接測溫方法，總體模型的建立需要分成兩個小模型來分別進行分析設計的思路。： 一維方向下試件加熱形變示意圖在熱源的作用下，金屬試件發(fā)生離面位移，根據(jù)力學定義我們可知，在截面上所施加的力和橫截面積之間定義了一個應力，其表達式為 （）其中表示應力，表示橫截面所受力的大小，表示橫截面積。這里我們首先研究金屬受熱引起某一個方向上的微小形變，即彈性體形變的一維問題，進而推廣至三維的方法來處理。在外力不大或形變不大的情況下，外力去除后，物體將恢復其原有的大小和形狀，這種形變稱為彈性形變，這種物體稱為彈性體，物質(zhì)的這種特性稱為彈性[28]。在介紹簡單系統(tǒng)物態(tài)方程以前，我們先介紹幾個與物態(tài)方程有關的物理量。而溫度正是熱學中特有的狀態(tài)參量，要研究溫度，就必須建立溫度與其他四類參量之間的關系。在本系統(tǒng)中，因為待測試件擬采用金屬固體，其與外界熱源只有能量傳遞而無物質(zhì)交換，因此金屬試件本身屬于封閉系統(tǒng)。當物體變形后，由于物體表面發(fā)生離面位移(沿軸方向)，使物光與參考光產(chǎn)生2的光程差，于是在CCD電視攝像機成像平面上物光和參考光的位相差為 （）此時，CCD電視攝像機記錄的光強分布為 （）采用減法模式，并取絕對值為 （）當=2n n=,… 時 （），呈現(xiàn)暗條紋,將()代入()式得 （）通過統(tǒng)計暗條紋級數(shù)n，代入式（），即可求出離面位移。參考光束和物光束在CCD感光面附近相遇并發(fā)生干涉現(xiàn)象，把CCD所采集到的干涉圖樣稱之為散斑干涉圖[25]。各種測量方案均遵循上述理論。 在減模式運算中，變形前的散斑干涉場圖像存在圖像板中與變形后的散斑干涉場圖像相減并取絕對值，這時， =4 （）實際情況，變化比變化慢得多，由式（）可看到它有兩個互相調(diào)制的函數(shù)項，第一項頻率高，表示散斑，第二項變化頻率低，表示散斑條紋。物光IA和參考光IB是由同一激光光源發(fā)出的兩束相干光。我們研究的散斑主要是像面散斑。同時按照光場的傳播方式，將散斑場分為遠場散斑(與夫瑯和費衍射對應)、近場散斑(與菲涅爾衍射對應)和像面散斑三種類型。為了更好地利用實驗效果來驗證本文理論，本課題主要以受熱條件下的金屬固體作為研究對象，模型的建立也是依此作為基礎進行。2 系統(tǒng)模型建立 系統(tǒng)模型建立總體思路數(shù)字散斑干涉技術是一種測量光學粗糙表面位移或變形等物理量的干涉測量技術，通過引入?yún)⒖脊馀c物光相干涉形成散斑干涉圖像，并以此作為待測物體形貌變化的信息載體。因此本課題提出利用散斑干涉技術測量溫度實質(zhì)上是測量物體因溫度改變而發(fā)生的變形量，然后通過后期計算得到結果，這是一種間接測溫方法。由于它綜合了現(xiàn)代發(fā)展的多項技術:激光技術、視頻技術、電子技術、計算機技術、信息與數(shù)字圖象處理技術及精密測試技術，因此數(shù)字散斑干涉技術具有如下特點[16]:(l)它采用CCD攝像機和電子存儲器取代了全息干板記錄物面散斑場的光強信息，可實現(xiàn)實時顯示干涉條紋，實時處理信息，快速方便；(2)它使用的圖像采集卡(Frame Grabber Board)速率快，采集散斑場信息快速及時，從而對工作環(huán)境的要求大大降低。之后又把視頻技術、計算機技術引入錯位散斑干涉術，從而形成了數(shù)字錯位散斑干涉術。目前，該技術逐步代替了以往的用電子處理方法的電子散斑干涉法。數(shù)字散斑干涉技術(DSPI)是在電子散斑干涉計量技術上發(fā)展起來的，其特點就是將電子信號進行數(shù)字化和數(shù)據(jù)處理，信息以數(shù)字圖像的形式記錄下來，存儲在計算機中。當用相干性很好的光（如激光）照射漫反射表面時，漫反射表面形成無數(shù)小光點，類似于點光源，它們反射的光彼此相互干涉，并在物體表面前方的空間形成了無數(shù)隨機分布的點，人們把這些相干的亮點和暗點稱為散斑，把這種隨機分布的散斑結構稱為散斑場[8]。同時，還要不斷探索新的溫度測量方法，改進原有測量技術，來滿足各種條件下的溫度測量需求。但是這種方法會受到被測對象表面狀態(tài)或測量介質(zhì)物性參數(shù)的影響。通常來說，接觸式測量儀表比較簡單，測試結果直觀可靠，儀器價格相對低廉，因而在實際生活中得到了廣泛的應用。下面分別介紹兩類測溫方法的原理及特點。在非接觸測溫方法中，光學測溫技術[2]，是近十幾年發(fā)展起來的一門全新的測試技術，其基本原理是利用溫度的變化所引起的光學性質(zhì)的變化來測量并計算出該物理量。清華大學2012屆畢業(yè)論文1 緒論 研究背景及意義溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是國際單位制中七個基本物理量之一，它與人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學研究有著密切關系[1]。溫度的測量方法有很多，目前常用的測溫方法主要有接觸式測溫和非接觸式測溫兩大類。 溫度測試技術發(fā)展現(xiàn)狀由于溫度與科學研究及國民經(jīng)濟中工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關，近年來，國內(nèi)外各種溫度測試技術層出不窮，按照大的方向劃分，可分為接觸式測溫和非接觸測溫兩大類，[4]。這時感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測對象的溫度值。 非接觸式測溫方法不需要與被測對象直接接觸，因而不會干擾溫度場，保證了溫度場本身的真實性；而且測溫范圍很廣，不受測溫上限的限制，動態(tài)響應特性一般也很好，可以實現(xiàn)實時性，全場性測量。雖然溫度測量方法多種多樣，但在很多情況下，對于實際工程現(xiàn)場或一些特殊條件下的溫度測量[4]，比如對極端低溫或高溫環(huán)境溫度、腐蝕性介質(zhì)溫度、流體或固體表面溫度、固體內(nèi)部溫度分布、微小尺寸目標溫度、生物體內(nèi)溫度、大空間溫度分布、強電磁場干擾條件下溫度測量來講，要想得到準確可靠的結果并非易事，需要非常熟悉各種測量方法的原理及特點，結合被測對象要求選擇合適的測量方法才能完成。1962年貝爾實驗室的Rigden和Gordon首先解釋了激光散斑現(xiàn)象的產(chǎn)生[7]。1971年英國學者Butter和Leenderz[10]以及美國學者Makovski[11]相繼成功的以電視攝相機取代了全息干板的使用，視頻檢測技術的引進使得采用可視化方式來記錄并處理靜態(tài)和動態(tài)光學粗糙表面的位移成為可能，這種技術被稱為電子散斑干涉測量法(ESPI)。1980年Nakadate[12]首次實現(xiàn)并得到512x512列陣的數(shù)字散斑干涉條紋，但直到1984年才由Creath正式提出來并作為一種新技術加以推廣，數(shù)字圖象列陣也逐步發(fā)展到今天的512x512或1024x1024，灰度等級發(fā)展到256，而且以微機和圖像板取代了原始的大型數(shù)字圖象處理系統(tǒng)。例如，八十年代末，天津大學秦玉文教授[13]首次提出使用渥爾德棱鏡作錯位鏡，解決了雙像光強不等的問題。 數(shù)字散斑干涉技術的特點數(shù)字散斑干涉技術是一種測量光學粗糙表面位移或變形等物理量的干涉測量技術，具有波長量級的靈敏度，廣泛應用在無損檢測中。當這種變形量處于散斑干涉模型的測量范圍之內(nèi)時，理論上我們就可以利用散斑干涉技術測量物體受熱后發(fā)生的微小形變量，再通過形變量與溫度的關系式進行代換，最終得到不同形變時刻對應的物體溫度。具體的結構安排如下：第一章：介紹課題研究背景和相關技術的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，明確本課題研究意義；第二章：建立散斑干涉技術測溫方法的理論模型；第三章：設計并操作具體的驗證性實驗；