【正文】 在此衷心感謝王艷紅老師對我的關心和指導。莫爾偏折法不僅對試驗件非接觸，對流場無擾動，而且還具有測量靈敏度高、條紋反差好、空間分辨率高、實時觀測等一系列顯著優(yōu)點。 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 25 頁 共 32 頁 由圖 和圖 可讀出第 1219條亮條紋的橫坐標如下表 表 1 亮條紋和相關相位移動統(tǒng)計 條紋數(shù) 12 13 14 15 16 17 18 19 x 111 122 133 143 152 162 173 182 x39。 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 22 頁 共 32 頁 3 基于 MATLAB 的圖像仿真得到相位的移動 試驗系統(tǒng)及其基本工作原理 實驗所需光路如 31所示， 激光器 1發(fā)出一束激光經平面鏡反射射入擴束鏡3，經擴束準直后產生平行的光束區(qū)域 46，平行光經過兩個等樣光柵（兩光柵成一個很小的角度 ? ）最后由成像透鏡 7成像，在光瀾 8上會形成均勻的明暗條紋，及莫爾條紋。*,39。 ?? ?? （ 227） 將（ 227）式乘以（ 221）式的共軛得 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ?yxyxiyxbyxcyxc ,e x p,21,39。 ?? ?? (222) 圖 25 莫爾條紋的空間頻譜 通過恒等變形得到 ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ?xfyxixfyxyxbyxc00 2,s i n2,c o s,21,39。 現(xiàn)在待解決的問題就是如何得到莫爾條紋的相位變化 ? ?yx,?? 。, ??? (216) 偏折角在 xz 軸平面的投影 x? 對莫爾條紋位移的貢獻不大。 ? 在 yz 平面和 xz 平面的投影分別為 y? 和 x? 。對二級亮紋的分析可以得到其相應 l= mk=2，如圖 21 所示。對于溫度呈二維分布的流場而言 , x? 和 y? 可以寫成如下更簡單的形式 ynnLxnnLyx???????? (26b) 由以上分析可見，熱流體的溫度，壓力和濃度等狀態(tài)參數(shù)與密度有確定的函數(shù)關系，而熱流體的折射率是密度的函數(shù)，所以研究熱流體的溫度場可以歸結為研究 熱流體的折射率場的分布。本章內容為作者進一步開展云紋干涉法在高溫測試領域的研究準備了必要的理論和實踐基礎。 等1989 年在極低膨脹率材料 (UEL)基體上制作高溫云紋光柵，然后在高溫條件下用環(huán)氧膠將光柵復制到試件表面。 1979 年 .提出了利用選擇性鍍層制作高溫柵的工藝，使振幅型高溫粗柵的使用溫度范圍有所提高。 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，并由下式決 定 : ??sin2?f （ 110） 為了消除光學系統(tǒng)中光學元件的缺陷和不潔凈引起的散斑噪聲對光柵質量的影響，采用了如圖 所示的旋轉點光源全息千涉系統(tǒng) 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 9 頁 共 32 頁 圖 旋轉點光源全息光柵制作系統(tǒng) 利用上述制柵系統(tǒng)可以獲得高質量的全息云紋光柵，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用奠定了基礎。該光路的關鍵元件是分光光柵，要求具有很高的質量，以保證衍射的四束光仍然是準直光。在某些特殊情況下(如試件處于高溫環(huán)境 )，反射鏡不可能靠近試件，則不能使用該光路 。 類似地，采用 y 方向對稱入射的雙光束光路可以獲得 y 方向面內位移 v的 表達式 syfNv 2? （ 18） 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 5 頁 共 32 頁 到此，我們得到了云紋干涉法位移與條紋級數(shù)之間關系的全部表達式。139?？杀硎緸?: 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 4 頁 共 32 頁 ? ?? ?? ?? ?yxiaB yxiaA bb aa ,(ex p ,(ex p39。 ? (12） ? ?biaB ?exp39。但該解釋并沒有揭示云紋干涉法的物理本質，不僅不能正確解釋實驗清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 3 頁 共 32 頁 中的某些重要現(xiàn)象，而且也約束了該方法的進一步發(fā)展。近十幾年以來，云紋干涉法的嚴格理論基礎得到建立，光柵的制作技 術也己經成熟。 Deflectometry are investigated to make clear the rule of Moir233。本文研究并探索了提高測量靈敏度的三個技術途徑。研究了利用莫爾偏折法測量微細尺度對流換熱流體溫度場的基本原理，建立了該方法的幾何光學和物理光學模型，分析并掌握了莫 爾條紋的形成規(guī)律，討論了實驗裝置中光學參數(shù)對莫爾偏折法測量溫度的影響，提出了探測微細尺度熱流場對光學參數(shù)的要求。 fringes’ generation. Based on the investigation, it is pointed out how to select appropriate optical parameters to measure the teperature of mini/micro scale fluid. To verify the optical method, temperature distribution for natural convection around a vertical heated thin wire was measured by Fourier Transform Moir233。隨著科學工程技術發(fā)展的需要，云紋干涉法在解決新材料性能研究、無損檢測、細微觀力學分析、三維變形測量、實時應變場測量、微電子封裝熱變形、高溫材料變形測量以及現(xiàn)場條件下的變形測量等方面提供了極其有效的實驗研究手段，并對材料科學、細觀力學、斷裂力學等相關學科的發(fā)展起到了積極的推動作用。 云紋干涉法的波前干涉理論 從 1984 年起，戴福隆教授 和 等人對云紋干涉法進行了嚴格的理論推導和解釋建立了云紋干涉法的波前干涉理論。? 其中 a? ,b? 為常數(shù)， a為光波振幅。39。39。根 據(jù)位移場即可計算出應變場。 圖 基本的雙光束云 紋干涉法光路 三反鏡光路系統(tǒng) 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 6 頁 共 32 頁 圖 所示的光路是在圖 中光路的基礎上增加了兩個反射鏡，從而使得該光路可以同時測量雙方向的位移場。通過調節(jié)四個反射鏡的角度，可以改變入射到試件表面的激光束夾角，從而適用于不同試件柵頻率的測量。 云紋干涉法在高溫領域的研究概況 云紋干涉法應用 于高溫條件的關鍵技術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制技術。他在后來還提出了使用鎳網制作振幅型高溫粗柵的方法并把高溫柵的使清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 10 頁 共 32 頁 用溫度提高到 1370 攝氏度。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。 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 12 頁 共 32 頁 2 莫爾偏折法測量流體溫度場的基本原理 格拉斯通－戴爾（ GladstoneDale）公式 對于均勻透明介質，根據(jù)經典電動力學的知識可以得到它的折射率是介質密度的函數(shù)，用羅倫茨－羅倫茲（ LorenzLorentz）關系式表示為 常數(shù)???111 22nn? （ 21） 其中 ? 是介質密度。另一方面，折射率場和光線通過位相物體后的偏折角是密切相關的。從而可知，（ 2－ 10）式是對莫爾條紋的亮紋位置的描寫，它反映了條紋的位置 x 和條紋的級次 l 之間的關系。 當 d 滿足 Talbot 距離時，會在光柵 G2處產生光柵 G1的 Talbot 像，此時將會產生莫爾條紋。 綜上可知，在圖 2－ 2 所示的坐標系中，條紋垂直于 x 軸 ，光線受擾后條紋位移沿著 x 軸方向，偏折角在 yz 平面的投影 y? 決定了條紋的位移量 h ( x,y)。莫爾偏折法圖像處理的主要研究內容為從莫爾條紋的光學圖像中如何提取條紋的相位信息。 ???? ???? （ 223） 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 20 頁 共 32 頁 由（ 223）式得 ? ? ? ?? ?39。*,39。Re ,39。當在待測試介質 5 處放入一個高溫物體或點燃一個火焰，由標準空氣狀態(tài)方程可知 5處的空氣就會因溫度變化而導致空氣密度發(fā)生變化，使得光線發(fā)生微小偏折，光闌上的莫爾條紋也會發(fā)生相位變化。 109 116 120 124 164 167 172 179 xxh ?? 39。 1. 研究并建立了莫爾偏折法測量微細尺度流體溫度場的物理模型，分析了測量技術的基本原理 2. 提出了適用于微細尺度流體溫度場測量的傅立葉變換莫爾偏折法的圖像處理技術。 在廣大同學的大力幫 助下，我順利的完成我的畢業(yè)設計和論文寫作工作，在此我向他們表示誠摯的謝意。在大學的四年生活和學習中，我收獲很多。莫爾偏折法利用光線穿過兩個等節(jié)距的光柵產生莫爾條紋的原理，由莫爾條紋的位移量來計算光線穿過熱流體時產 生的偏轉角，從而獲得流體的折射率變化，由此可獲得流體的溫度場分布。用同樣的方法對圖 進行處理得到光強的分布圖 . a=A(125,:) 圖 正常莫爾條紋在 Y=125 時光強分布 b=B(125,:) 圖 改變溫度后莫爾 條紋的光強分布圖 由圖 可以看出在 175125 ??? xx 階段，光強中部比較小，兩邊光強曲線也不像圖 中那樣均勻分布，而是變得密