【正文】 ............................................. 29 致 謝 ............................................................ 32 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 1 頁 共 32 頁 1 高溫云紋干涉法基本理論與研究概況 引言 近二十年來，由于激光技術(shù)和近代光學(xué)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和推動及其在實驗力學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，產(chǎn)生了以全息干涉 法、散斑干涉法、云紋干涉法和數(shù)字圖象處理為主要研究和應(yīng)用內(nèi)容的“現(xiàn)代光測力學(xué)新領(lǐng)域”。前者借助了幾何云紋法的基本思想，給云紋干涉法以簡單描述 。當(dāng)試件未受力時， A39。變?yōu)楹驮嚰砻嫖灰朴嘘P(guān)的翹曲波 前，其位相也將發(fā)生相應(yīng)的變化，翹曲波前 A39。1 ?? ?? ?? ?? （ 13） 其中 ),( yxa? ， ),( yxb? 分別為變形引起的正負(fù)一級衍射光波的位相變化，它們與試件表面 x方向的位移 u 和 z 方向的位移 w 有如下關(guān)系 : ? ?? ?? ?? ???????????s inc os12),(s inc os12),(uwyxuwyxba?????? （ 14） 正負(fù)一級衍射光波通過成像系統(tǒng)后，在照相底版平面上發(fā)生干涉，底版所記錄的光強分布為 : ? ?? ? ? ?? ?? ?yxaBABAI ,c o s12 02.39。1 ?? ?????? （ 15） 其中 ba ??? ??0 為常數(shù)， ?????? s in4),(),(),( uyxyxyxba ???。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，云紋干涉法的光路系統(tǒng)不斷優(yōu)化發(fā)展，有些已經(jīng)儀器化。該光路可以同時測量雙方向位移場，而且光學(xué)元件與試件有一定距離，可以用于高溫等復(fù)雜條件下的變形場測量。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 8 頁 共 32 頁 圖 由于云紋 干涉法是以復(fù)制在試件或構(gòu)件表面的云紋光柵為試件變形的傳感元件的，因而制作高質(zhì)量、高靈敏度和高精度的試件柵便成為云紋干涉法推廣應(yīng)用的關(guān)鍵性元件。隨后， . 和 分別提出了使用光刻鍍層法和光刻涂層法制作高溫柵的技術(shù)。謝惠民在 1992 年首次提出了一種新型的雙鍍層高溫云紋光柵制作工藝，它的特點概括為 :在不同的材料表面上，利用兩種抗氧化能力強的金屬鍍層制作云紋光柵，使得該工藝制作的高溫云紋光柵具有廣泛的適用性。由于微電子封裝組件結(jié)構(gòu)的尺寸復(fù)雜，并且由力學(xué)性能不同的多種材料組成，熱膨脹系數(shù)的不匹配導(dǎo)致很大的應(yīng)變梯度和應(yīng)變集中，微電子封裝組件結(jié)構(gòu)的尺寸越小，結(jié)構(gòu)材料越復(fù)雜 ，熱應(yīng)變問題就越嚴(yán)重。 對于溫度場，如果在氣流中壓強可以認(rèn)為是常數(shù)，并且理想氣體狀態(tài)方程成立，即 RTMP?? (23) 其中 P 為壓強， T 為溫度， M 為氣體的分子量， R 氣體常數(shù)。由莫爾效應(yīng)產(chǎn)生的莫爾條紋圖是測試信息的載體。莫爾偏折法測溫的基本原理如圖 23 所示。(2c o s)( ????? ????????????????? (212) ? ?pmxy ??? ??????????????? 2s i n39。, ???? ?? （ 218） ? 、 p39。利用恒等式 xixeix sinc os ??可以將條紋光強分布式（ 219）改寫為： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?xfiyxcxfiyxcyxayxg 00 2e x p,2e x p, ?? ???? （ 220） 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 19 頁 共 32 頁 其中 ? ? ? ? ? ?? ?yxiyxbyxc ,e x p,21, ?? ， ? ?yxc , 是 ? ?yxc , 的共軛復(fù)數(shù)。 所以莫爾條紋的相位分布 ? ?yx,? 的表達(dá)式為 ? ? ? ?? ? xfccacyx 0239。, ???? ??， 其中 ? ?yx,?? 是（ 228）式中的復(fù)數(shù)? ? ? ?yxcyxc ,39。 小結(jié) 本章分析了莫爾偏折法測量流體溫度場的基本原理，基于格拉德斯通－戴爾（ Gladstone－ Dale） 公式和理想氣體狀態(tài)方程的莫爾條紋相位－折射率和折射率－溫度場的關(guān)系。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 23 頁 共 32 頁 圖 向待測介質(zhì) 5處放入一塊高溫銅絲，待熱平衡后，莫爾條紋如圖 所示。 采用了 MATLAB 軟件對 CCD 圖像進(jìn)行處理的方法。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 29 頁 共 32 頁 參考文獻(xiàn) [1] 鐘金剛，王鳴，李達(dá)成 . 傅里葉變換莫爾偏折術(shù)用于自動測量氣體溫度場 . 中國激光， Vol. A24, , March 1997, 275280 [2] Li MA, Ming WANG, Song LIU, et al. Fourier Transform Moire Deflectometry for Measuring the 3D Temperature Field. CHINESE JOURNAL OF LASERS B. Vol. B9, ,3440 [3] 張鴻凌 . 應(yīng)用于微細(xì)尺度流體溫度場測量的激光云紋技術(shù)： [碩士學(xué)位論文 ]. 北京：清華大學(xué)工程力學(xué)系， 2020 [4] Yaozu Song, Xiangchun Zhang, Honglin Zhang. Laser Moire Deflectometry applicable for Mini/MicroScale Flow Visualization, in Proceedings of SPIE Optical Technology and Image Processing for Fluids and Solids Diagnostics 2020, Edited by Gong Xin Shen, Soyoung S. Cha, FuPen Chiang, Carolyn R. Mercer,322330 [5] 過增元 . 國際傳熱研究前沿 —— 微細(xì)尺度傳熱 . 力學(xué)進(jìn)展， 2020， 30 (1):15 [6] 朱德忠 . 熱物理激光測試技術(shù) . 北京：科學(xué)出版社， 1990 [7] Chandra Shakher, Anil Kumar Nirala. A review on refractive index and temperature profile measurements using l serbased interferometric techniques. Optics and Lasers in Engineering,31,1999.:455491 [8] 李田澤，胡希同，王振環(huán)等 . 使用莫爾條紋技術(shù)診斷不完全膨脹的三維氣流場 .計量學(xué)報， , , January 2020, 4044 [9]曹起驤 . 密柵云紋法原理與應(yīng)用 . 北京：清華大學(xué)出版社， 1983 年 5 月 [10]Xianyu Su, Wenjing Chen. Fourier transform profilometry. Optics and Lasers in Engineering,35 , [11] 張鴻凌，宋耀祖 . 應(yīng)用于微細(xì)尺度流體溫度測量的激光云紋技術(shù) . 工程熱物清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 30 頁 共 32 頁 理學(xué)報， , , May 2020, 339341 [12]張鴻 凌，宋耀祖，張香春 . 測量微細(xì)尺度流體溫度場的傅立葉變換激光云紋技術(shù) . 工程熱物理學(xué)報， , , May 2020, 496498 [13] Mitsuo Takeda, Kazuhiro Mutoh. Fourier transform profilometry for the automatic measurement of 3D object shapes. Applied Optics, 1983,22(24):39773982 [14] Kishimoto, M Egashira, N Shinya. Microcreep Deformation Measurement by a Moire Method using Electron Beam Lithography and Electron Beam Scan. Optical Engineering,1993, 32(2):522526 [15] 邢永明 . 納米云紋技術(shù)及其應(yīng)用： [博士學(xué)位論文 ]. 北京：清華大學(xué)工程力學(xué)系， 2020 [16] 張春香 .測量微細(xì)尺度流體溫度場的傅立葉變換莫爾偏折法 :碩士學(xué)位論文 .清華 大學(xué)工程力學(xué)系 , [17] D. Post, W. A. Baracat. HighSensitivity Moire Interferometry ―― A Simplified Mechanics, v 21, n 3, Mar, 1981, p 100104 [18]Fulong Dai, James Mckelvie, Daniel Post. An Interpretation of Moire Interferometry from Wavefront Interference Theory. Optics and Laser in Engineering, 12 ,1990 .101118 [19] , . Moire deflectometry: a ray deflection approach to optical testing. Optical Engineering, 26(4), 944960 [20] E. Keren, E. BarZiv, I. Glatt, et al. Measurements of temperature distribution of flames by moir233。