【正文】 ，這為我們進(jìn)行研究提供了思路。本系統(tǒng)中的金屬試件受到高溫的作用下，形變較小，且在工程實(shí)際問題中，這種形變甚至可以忽略，故我們可以認(rèn)為試件為彈性體。為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，我們把力看成是垂直作用到橫截面上的，這樣，式中就表示為正應(yīng)力。，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)有三大模塊組成，分別為加熱裝置、試件、測(cè)量系統(tǒng)，為了檢測(cè)本測(cè)試系統(tǒng)的可行性以及精度，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)的同時(shí)采用紅外熱像儀記錄同一時(shí)刻試件的溫度，將兩種測(cè)溫方法所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。在可見光及紅外波段可產(chǎn)生多條譜線。本系統(tǒng)中所使用的半透半反鏡是一種固定分束比分束鏡，其反射和折射光強(qiáng)比理論上為1:1。在一定頻率的時(shí)鐘脈沖的驅(qū)動(dòng)下，CCD的輸出端可以獲得被測(cè)對(duì)像的視頻信號(hào)。：復(fù)合視頻輸入1復(fù)合視頻輸入2復(fù)合視頻輸入3復(fù)合視頻輸入4多 路開 關(guān)濾波A /D緩存 PCI總線VGA顯示系統(tǒng)內(nèi)存 VIDEOPCISM圖像采集卡基本結(jié)構(gòu)四路復(fù)合視頻輸入經(jīng)多路開關(guān)，軟件選擇其中一路作為當(dāng)前輸入，經(jīng)過濾波輸出到A/D卡進(jìn)行模/數(shù)變換。因此，直接進(jìn)行高溫?zé)嶙冃螠y(cè)量實(shí)驗(yàn)比較困難，為此本實(shí)驗(yàn)決定分為兩個(gè)步驟進(jìn)行：首先搭建系統(tǒng)進(jìn)行散斑干涉法應(yīng)力變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)干涉條紋移動(dòng)效果比較明顯，目的在于調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)實(shí)驗(yàn)取得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，再利用該系統(tǒng)進(jìn)行散斑干涉法金屬熱變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)，省時(shí)高效，效果明顯。而后放入平面反射鏡，要使平面反射鏡到分光鏡的距離和被測(cè)物品到分光鏡的距離相同，調(diào)節(jié)使被平面鏡反射的光束的中心也入射到CCD攝像機(jī)接收表面上，這時(shí)便可以在計(jì)算機(jī)采集圖像的軟件上看到干涉條紋。將上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的試件換成同樣大小的另一塊銅板，而將力作用變換為熱作用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 計(jì)算機(jī)采集到的部分相鄰散斑圖樣 相減處理后得到的散斑條紋圖樣 本章是對(duì)第二章提出的測(cè)量模型的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)介紹，首先提出了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基本思路，確立了實(shí)驗(yàn)整體框架圖。金屬銅的膨脹系數(shù)，散斑干涉條紋數(shù)，是實(shí)驗(yàn)后期處理的重點(diǎn)，下面分別介紹。,x,y2,39。至此，實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)全部處理完畢，由于后期處理不是本文負(fù)責(zé)的重點(diǎn)，具體的驗(yàn)證結(jié)果這里不再敘述。（4）對(duì)系統(tǒng)模型涉及到的部分參量后期處理方法進(jìn)行了探討說明。同時(shí)，也衷心感謝在完成論文過程中給予我?guī)椭睦蠋?、同學(xué)，感謝他們對(duì)我無私的關(guān)心和幫助，是他們的支持使我能夠順利完成論文。王老師在我做畢業(yè)論文的每個(gè)階段都給予了悉心指導(dǎo)，提出了很多寶貴意見。（2）認(rèn)真學(xué)習(xí)了散斑干涉法測(cè)量原理，熱力學(xué)以及彈性力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，通過物體應(yīng)變量將散斑干涉條紋與溫度聯(lián)系起來，建立起測(cè)試系統(tǒng)的理論模型，在理論上說明了利用散斑干涉技術(shù)進(jìn)行溫度測(cè)試的可行性。) 程序擬合曲線由程序結(jié)果可知，采用5次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合時(shí)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合的很好。 銅的體膨脹系數(shù)隨溫度變化數(shù)據(jù)溫度（K）3004005006007008009001000（106/K）運(yùn)用matlab數(shù)據(jù)擬合程序處理如下： x=300:100:1000x = 300 400 500 600 700 800 900 1000 y=[,] p1=polyfit(x,y,1)p1 = y1=polyval(p1,x)y1 = p2=polyfit(x,y,2)p2 = y2=polyval(p2,x)y2 = p5=polyfit(x,y,5)p5 = y5=polyval(p5,x)y5 = plot(x,y,39。顯然，要想得到溫度，我們必須知道銅板的初始溫度，初始厚度，激光波長以及金屬銅的膨脹系數(shù)，等溫壓縮系數(shù)和彈性模量。每隔5秒進(jìn)行一次散斑圖樣采集，并編號(hào)記錄，同時(shí)運(yùn)用紅外熱像儀對(duì)銅板溫度進(jìn)行測(cè)試，并記錄數(shù)據(jù)。隨著螺栓的調(diào)節(jié)，計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)的干涉條紋逐漸增加，且為同心圓環(huán)。，先把各個(gè)儀器的中心高度調(diào)至共軸。由于近年來的技術(shù)革新，尤其表現(xiàn)在探測(cè)器技術(shù)，內(nèi)置可見光照相機(jī)，各種自動(dòng)功能，分析軟件的發(fā)展等等，使得紅外分析解決方案比以往更為經(jīng)濟(jì)有效。圖像采集卡把CCD傳送過來的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后將其輸入計(jì)算機(jī)，供顯示、存儲(chǔ)和測(cè)量工作。由激光原理知識(shí)我們可以知道光的發(fā)散角和束腰半徑是激光的兩個(gè)重要參數(shù)，擴(kuò)束鏡的作用就是改變這兩個(gè)參數(shù)，從而改變激光傳播的廣場(chǎng)分布，通常情況下，擴(kuò)束鏡是由一個(gè)凹透鏡和一個(gè)凸透鏡構(gòu)成的。 HeNe激光器實(shí)物圖 反射鏡、分束鏡、擴(kuò)束鏡的相關(guān)知識(shí)反射鏡是一種利用反射定理工作的光學(xué)元器件，通過在普通光學(xué)玻璃的背面涂上一層銀薄膜，可以使光學(xué)玻璃形成反射鏡。 熱源的選取 本實(shí)驗(yàn)中，在對(duì)受熱后產(chǎn)生熱變形的試件用CCD采集散斑圖像時(shí)，要求保證試件的受熱狀態(tài)穩(wěn)定，其上各處溫度變化盡可能相同。在第二節(jié)中介紹了散斑概念及數(shù)字散斑干涉理論，并根據(jù)實(shí)際需要選定了離面位移測(cè)量模型，建立了物體應(yīng)變與數(shù)字散斑干涉條紋之間的關(guān)系。彈性體通常采用應(yīng)變來描述形變。體脹系數(shù)，在給出壓強(qiáng)保持不變的情況下，溫度升高1K所引起的物體體積的相對(duì)變化，即為： （）等溫壓縮系數(shù)，在給出溫度保持不變的情況下，增加單位壓強(qiáng)所引起的物體體積的相對(duì)變化，即為： （）其中表示體積，表示壓強(qiáng)，表示溫度拋開氣體物態(tài)方程，對(duì)于簡(jiǎn)單固體（各向同性固體），可以通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得體脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)。但是，如果把熱源與金屬試件看成一個(gè)整體，它們與外界幾乎沒有能量和物質(zhì)的交換，組成一個(gè)復(fù)合的孤立系統(tǒng)。散斑干涉圖經(jīng)圖像采集卡實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)隨機(jī)存儲(chǔ)器，通過數(shù)字圖象處理這些干涉圖樣可計(jì)算出物體的位移。當(dāng)sin()=0時(shí) 將出現(xiàn)暗條紋這時(shí) =2n n=,… （）當(dāng)sin()=1 時(shí) 將出現(xiàn)亮條紋，并且該亮條紋帶有斑點(diǎn)。激光散斑的特征主要用它的大小、對(duì)比度(襯度)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律來表征[20,21]。 應(yīng)變數(shù)字散斑干涉條紋模型的建立 散斑的形成及其特性當(dāng)激光照射光學(xué)粗糙表面上時(shí)，這些表面上無規(guī)則分布的面元散射的子波相互疊加使反射光場(chǎng)具有隨機(jī)的空間光強(qiáng)分布，呈現(xiàn)出顆粒狀的結(jié)構(gòu)，這就是散斑[18]。數(shù)字散斑干涉技術(shù)測(cè)溫屬于非接觸式測(cè)溫方法，即測(cè)量過程不需要與被測(cè)對(duì)象接觸，因而不會(huì)干擾溫度場(chǎng)；實(shí)驗(yàn)過程中反映試件變形的散斑條紋即時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，能迅速記錄瞬時(shí)溫度場(chǎng)的全過程，具有實(shí)時(shí)性，直觀性的特點(diǎn)；試件發(fā)生微小變形就可觀察到反映其形變的散斑干涉條紋的變化，具有很高的靈敏度，因此與其他測(cè)量方法相比，能夠更精確地測(cè)量物體表面的溫度場(chǎng)；而且系統(tǒng)光路比較簡(jiǎn)單，一般不需要防震臺(tái)，對(duì)光源功率要求也不高，對(duì)待測(cè)試件的材料尺寸和形狀沒有特殊要求[17]，是一種簡(jiǎn)單新穎的溫度測(cè)量方法。1996年，天津大學(xué)的佟景偉、張東升[14,15]等人對(duì)撞擊載荷下數(shù)字散斑離面位移的測(cè)試進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了撞擊載荷下的數(shù)字散斑干涉，使條紋質(zhì)量大大提高等。它通過把物體變形前后的散斑圖量化為數(shù)字圖像，存貯在幀存體中，由計(jì)算機(jī)用數(shù)字的方法對(duì)它進(jìn)行運(yùn)算，從而在監(jiān)視器上再現(xiàn)干涉條紋圖。 數(shù)字散斑干涉技術(shù)發(fā)展概況 數(shù)字散斑干涉技術(shù)發(fā)展歷程散斑現(xiàn)象早在1914年就被人們發(fā)現(xiàn)，但一直未予以重視。但是接觸式測(cè)溫方法的缺點(diǎn)也很明顯，由于測(cè)溫元件與被測(cè)物體需要進(jìn)行充分的熱交換，所以需要一定的時(shí)間才能達(dá)到熱平衡，因而存在測(cè)溫延遲現(xiàn)象。光學(xué)測(cè)溫法由于不與被測(cè)物體直接接觸，不會(huì)對(duì)被測(cè)物體產(chǎn)生干擾，并且具有時(shí)間和空間分辨率高以及能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，成為國內(nèi)外研究的熱門[3]?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，行業(yè)需求不斷提高，對(duì)溫度測(cè)量的精確度要求也越來越高，因此溫度場(chǎng)的測(cè)量研究一直都受到人們的廣泛關(guān)注。接觸測(cè)溫法在測(cè)量時(shí)需要與被測(cè)物體或介質(zhì)充分接觸，利用熱傳導(dǎo)原理，使兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡。由于科技的進(jìn)步，近年來某些極端環(huán)境下溫度的研究得到快速發(fā)展，加上熱輻射技術(shù)以及光學(xué)精密儀器的不斷更新進(jìn)步，非接觸測(cè)溫方法在此基礎(chǔ)上大顯身手，成為近些年研究的重點(diǎn)[5]。在早期的檢測(cè)中,由于散斑干涉測(cè)量法采用全息干板作為記錄介質(zhì)，需要復(fù)雜的后期光學(xué)濾波和數(shù)據(jù)處理工作，因此導(dǎo)致該技術(shù)難以得到推廣。 我國對(duì)數(shù)字散斑干涉技術(shù)的研究和應(yīng)用起步比較晚，所以在技術(shù)和產(chǎn)品化方面處于學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的初步發(fā)展階段，經(jīng)過不懈努力，也取得了一定的研究成果。 本課題研究意義溫度的改變會(huì)引起物體自身的微小變形，這種形變量與溫度之間存在著確定的函數(shù)關(guān)系。物體由于某種原因引起溫度變化時(shí)，會(huì)發(fā)生位移或形變，而這種形變是由物體內(nèi)部的熱力學(xué)及材料學(xué)等性質(zhì)決定的，所以物體溫