【正文】 第四章：實(shí)驗(yàn)后期相關(guān)參數(shù)處理；第五章：全文總結(jié)與展望。因此，通過以上兩個(gè)關(guān)系模型進(jìn)行相關(guān)變量代換，就可以建立起散斑干涉條紋與物體溫度之間的關(guān)系，達(dá)到利用數(shù)字散斑干涉法間接測(cè)量溫度的目的。因此散斑的分類也就多種多樣，按物體表面的性質(zhì)可以將散斑分成強(qiáng)散射屏產(chǎn)生的正態(tài)散斑和弱散射屏產(chǎn)生非正態(tài)散斑；按照明光場(chǎng)的相干性可以將散斑分成完全相干散斑和部分相干散斑。前者實(shí)質(zhì)上是像面散斑，后者則是通過自由空間傳播形成的近場(chǎng)散斑和遠(yuǎn)場(chǎng)散斑[19]。 數(shù)字散斑干涉技術(shù)原理及應(yīng)用范圍數(shù)字散斑干涉法[22]是用激光光束直接照射到測(cè)試表面，再用電子攝像機(jī)采集其變形前后表面散斑顆粒干涉形成的條紋，以測(cè)定其離面和面內(nèi)位移的一種新型、先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)，其基本原理介紹如下：在散斑場(chǎng)中引入一束參考光，使散斑場(chǎng)與參考光發(fā)生干涉，[23]。物體某點(diǎn)發(fā)生形變時(shí)，將引起物光復(fù)振幅發(fā)生的位相改變，這時(shí)，物光與參考光相互干涉使像面上點(diǎn)的光強(qiáng)變?yōu)? （） 物體變形產(chǎn)生相位變化的示意圖

在散斑圖像處理方式中，條紋的形成方式有減模式、加模式、相關(guān)模式，本系統(tǒng)主要利用減模式來(lái)形成條紋。目前，數(shù)字散斑干涉技術(shù)主要用于五個(gè)方面的測(cè)量，它們分別是：面內(nèi)位移測(cè)量，離面位移測(cè)量，表面形狀測(cè)量，三維位移場(chǎng)測(cè)量和位相物體測(cè)量。參考光束經(jīng)反射鏡反射后再次經(jīng)過分束器入射到CCD表面；同樣，物光束照射到物體表面后，經(jīng)物體漫反射后也再次通過分束鏡到達(dá)CCD表面。物體變形前，物光和參考光在CCD電視攝像機(jī)成像平面上的光波復(fù)振幅分別為 （） 離面位移測(cè)量原理圖其合成復(fù)振幅為： （）對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)分布為 （） 式中為的共軛光波復(fù)振幅。如果孤立系統(tǒng)經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生任何變化，則稱這樣的狀態(tài)為熱力學(xué)平衡態(tài)[26]。 固體狀態(tài)方程描述一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)可以由它的幾何參量、力學(xué)參量、化學(xué)參量、電磁參量以及熱學(xué)參量的數(shù)值確定，熱力學(xué)所研究的全部宏觀物理量都可以表達(dá)為這五類參量的函數(shù)[26]。而金屬固體內(nèi)部性質(zhì)相同，故我們近視認(rèn)為這是一個(gè)只需考慮體積和壓強(qiáng)兩個(gè)狀態(tài)參量便可確定的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，這就轉(zhuǎn)化為利用簡(jiǎn)單系統(tǒng)下狀態(tài)方程進(jìn)行描述的問題。考慮到這兩點(diǎn)，則可以建立以下物態(tài)方程[26，28]： （） 彈性體形變的一維問題物體在外力的作用下，質(zhì)元間的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生微小變化，從而使物體發(fā)生形變，此時(shí)，體內(nèi)各質(zhì)元處于一種新的緊張狀態(tài)，產(chǎn)生了一種彈性回復(fù)力，即物體有抗拒外力作用以恢復(fù)其形狀不變的能力。金屬試件材料均勻，內(nèi)部各向力學(xué)性質(zhì)相同，在加熱過程中，受熱連續(xù)，且加熱后形變與其總尺寸相比很小，所以可以看做彈性體形變來(lái)處理。根據(jù)連續(xù)體力學(xué)彈性體規(guī)律我們可知，在一維方向上進(jìn)行的加熱變形屬于線應(yīng)變，根據(jù)定義，線應(yīng)變 （）其中表示受熱后試件發(fā)生的形變，表示受熱之前原試件的長(zhǎng)度，表示應(yīng)變。 應(yīng)變與溫度的關(guān)系溫度改變引起金屬試件發(fā)生微小形變，這種形變是沿著各個(gè)方向的，為了方便研究，我們假設(shè)熱效應(yīng)只引起金屬試件一個(gè)方向的膨脹，物體體積的改變只與該方向形變有關(guān)，SSF 立體試件中某一方向形變示意圖，我們可以得到物體體積變化與形變的關(guān)系式 （）根據(jù)壓強(qiáng)及應(yīng)變的定義將()式變形可得： （）聯(lián)立（）、（）、（）可以得到 （）通過運(yùn)算得到 ()其中為測(cè)試試件時(shí)實(shí)驗(yàn)室的溫度，這樣，通過式（）我們就建立了應(yīng)變與溫度間的關(guān)系。3 數(shù)字散斑干涉法測(cè)量溫度實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)總體思路 溫度改變會(huì)引起試件發(fā)生微小形變，通過散斑干涉技術(shù)采集試件形變前后兩次干涉圖樣，然后將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件處理，并利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。下面就本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的需要進(jìn)行具體的介紹與選取。 HeNe激光器由于散斑干涉測(cè)量方法中需要具有良好相干性的光源，因此采用激光光源。由于其可輸出連續(xù)可見光，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在準(zhǔn)直、定位、全息照相、測(cè)量、精密計(jì)算、光盤錄放等方面得到了廣泛的應(yīng)用。分束鏡是一種特殊的反射鏡，和反射鏡的成型原理類似，在光學(xué)玻璃表面鍍上一層或多層薄膜，這時(shí)一束激光投射到鍍膜玻璃上后，通過反射和折射，激光就被分為兩束或更多束，這種鍍膜玻璃就叫做分束鏡。但是為了保持反射和折射的光束比，實(shí)驗(yàn)要求我們必須保護(hù)好分束鏡的鍍膜，切忌擦傷，損壞半反半透鏡。 平面反射鏡實(shí)物圖 擴(kuò)束鏡實(shí)物圖 分束鏡實(shí)物圖 CCD攝像機(jī)CCD (Charge Couple Device)是70年代初期在美國(guó)首先研制成功的一種新型圖像傳感器，是一種光電耦合器件，CCD突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)，而不同于其他大多數(shù)器件是以電流或電壓為信號(hào)，CCD的基本功能是電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移。CCD攝像器件不但具有體積小、重量輕、功耗小、工作電壓低和抗燒毀等優(yōu)點(diǎn)，而且在分辨率、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度、實(shí)時(shí)傳輸和自掃描等方面的優(yōu)越性，也是其它攝像器件無(wú)法比擬的。輸入的視頻信號(hào)、經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、比例縮放、裁剪等處理，通過PCI總線傳到VGA卡實(shí)時(shí)顯示或傳到計(jì)算機(jī)內(nèi)存實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。 紅外熱像儀 紅外熱像儀是通過非接觸探測(cè)紅外能量(熱量)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對(duì)溫度值進(jìn)行計(jì)算的一種檢測(cè)設(shè)備?；拘阅軈?shù)如下：；幀頻：50/60Hz ；FOV視場(chǎng)：24＂(寬)18＂(高)；空間分辨率：；熱靈敏度： ℃；測(cè)量范圍： 40~500℃； 光路結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)采用離面位移測(cè)試光路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 所示，由激光器發(fā)出的激光束，經(jīng)過擴(kuò)束鏡形成光斑放大了的激光束，再經(jīng)過半反半透鏡分成兩束光，一束照射到反射鏡再返回，另一束照射到金屬銅試件的表面再返回，兩束返回的光束相互干涉形成干涉條紋，并由CCD接收，通過數(shù)據(jù)采集卡輸入到計(jì)算機(jī)中顯示。 散斑干涉法應(yīng)力變形測(cè)量實(shí)驗(yàn) 應(yīng)力變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)就是通過給試件施加壓力使試件發(fā)生位移，從而導(dǎo)致散斑干涉條紋改變的實(shí)驗(yàn)。分別放入擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡，使通過它的被擴(kuò)束的激光變成平行光，平行光束應(yīng)通過放入光路中（分光鏡、被測(cè)試件、反光鏡等）部件的中心且平行于平臺(tái)。調(diào)節(jié)反光鏡上的二維調(diào)整架的微調(diào)旋扭，使得到的圖像的干涉圖像最清晰且位于中心位置。打開計(jì)算機(jī)上matlab軟件，采用相減并取絕對(duì)值的算法依次處理采集圖樣，為了得到圖像相關(guān)的條紋圖，具體采用相鄰編號(hào)相減的方法處理，即圖2減去圖1，圖3減去圖2的方式，依此類推。微調(diào)裝置，使計(jì)算機(jī)屏幕上得到最清晰、最完整的散斑圖像，且位于中心位置，這時(shí)采集一張散斑圖并且編號(hào)記錄。這里需要注意在加熱板放置在待測(cè)物背后時(shí)，不要馬上進(jìn)行照片記錄，因?yàn)榇藭r(shí)加熱板的與物體的摩擦?xí)斐纱郎y(cè)物體表面散斑的劇烈振動(dòng)，變形太大超出測(cè)量范圍，待接觸穩(wěn)定后再進(jìn)行采集記錄。最后一部分介紹了散斑干涉法應(yīng)力變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)和散斑干涉法金屬熱變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)的具體步驟，得到了散斑干涉圖樣，為下一步數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證模型的可行性做好準(zhǔn)備。金屬銅的等溫壓縮系數(shù)數(shù)值很小，幾乎不隨溫度的改變而發(fā)生變化，可以看作常量來(lái)處理。通過查閱相關(guān)資料，我們得到一組有關(guān)金屬銅體膨脹系數(shù)隨溫度改變而發(fā)生變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。,x,y1,39。,x,y5,39。而且膨脹系數(shù)本身是個(gè)數(shù)量級(jí)很小的參數(shù)，所以我們可以近似把與看作線性關(guān)系處理，其關(guān)系式為： () 散斑干涉條紋數(shù)的處理將實(shí)驗(yàn)采集得到的散斑圖樣，利用matlab程序首先進(jìn)行數(shù)字圖像的相減處理得到包含條紋信息的干涉圖，然后經(jīng)過灰度變換、濾波、二值化、圖像銳化等技術(shù)處理[30]，最終得到清晰的干涉條紋骨架線，很方便的得到散斑干涉條紋數(shù)。本文提出的是基于散斑干涉法的溫度測(cè)試技術(shù)，這是一種新型的光學(xué)測(cè)溫方法，具有高精度、全場(chǎng)性、非接觸、實(shí)時(shí)性、高靈敏度等特點(diǎn)，是對(duì)溫度測(cè)試技術(shù)的全新探討。（3）搭建了系統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，得到了反應(yīng)溫度信息的散斑干涉條紋圖樣。隨著光學(xué)精密儀器、圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，散斑干涉技術(shù)在溫度測(cè)試方面的優(yōu)勢(shì)將會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，有待進(jìn)一步更深入的研究。在本論文的構(gòu)思、查詢資料以及實(shí)驗(yàn)過程中，師姐給予了我很大幫助。最后，謹(jǐn)向百忙中抽出寶貴時(shí)間評(píng)審論文的各位老師致以誠(chéng)摯的謝意!第 34 頁(yè) 共 34 頁(yè)