【正文】 ()上式即為聯(lián)系溫度與散斑干涉條紋數(shù)的函數(shù)關系式，也是實驗后期處理的理論依據(jù)。接下來就可以給試件加熱處理了，將加熱板放置在待測物體背面，使加熱板與銅板盡量全面接觸，均勻加熱。這時首先采集一張散斑圖樣，并編號記錄；然后調節(jié)試件夾具背后的的旋轉螺栓開始給試件加壓，然后采集一次圖樣，并編號記錄；這樣采集8到10張圖樣即可。本實驗利用試件夾具背后的旋轉螺栓（帶有刻度）來給銅片施加不同的壓力，具體實驗步驟如下： 調平實驗平臺。紅外熱像儀能夠將探測到的熱量精確量化，不僅能夠觀察熱圖像，還能夠對發(fā)熱的故障區(qū)域進行準確識別和嚴格分析。 本系統(tǒng)CCD采用日本先鋒公司生產的Pioneer Times PNT313型黑白攝像機，其基本性能參數(shù)如下：分辨率：CCIR：500(H)582(V) EIA：510(H)492(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。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。本實驗所選用的HeNe激光器如圖1所示，其功率為5mw。 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。 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。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。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交換，因此金屬試件本身屬于封閉系統(tǒng)。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]。 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。我們研究的散斑主要是像面散斑。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。因此本課題提出利用散斑干涉技術測量溫度實質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。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。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。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。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。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的變化來測量并計算出該物理量。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。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。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、腐蝕性介質溫度、流體或固體表面溫度、固體內部溫度分布、微小尺寸目標溫度、生物體內溫度、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。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)。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。當這種變形量處于散斑干涉模型的測量范圍之內時，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。因此，通過以上兩個關系模型進行相關變量代換，就可以建立起散斑干涉條紋與物體溫度之間的關系，達到利用數(shù)字散斑干涉法間接測量溫度的目的。前者實質上是像面散斑，后者則是通過自由空間傳播形成的近場散斑和遠場散斑[19]。物體某點發(fā)生形變時，將引起物光復振幅發(fā)生的位相改變，這時，物光與參考光相互干涉使像面上點的光強變?yōu)? （） 物體變形產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、相關模式，本系統(tǒng)主要利用減模式來形成條紋。參考光束經反射鏡反射后再次經過分束器入射到CCD表面；同樣，物光束照射到物體表面后，經物體漫反射后也再次通過分束鏡到達CCD表面。如果孤立系統(tǒng)經過足夠長的時間后，系統(tǒng)的各種宏觀性質在長時間內不發(fā)生任何變化，則稱這樣的狀態(tài)為熱力學平衡態(tài)[26]。而金屬固體內部性質相同，故我們近視認為這是一個只需考慮體積和壓強兩個狀態(tài)參量便可確定的簡單系統(tǒng)，這就轉化為利用簡單系統(tǒng)下狀態(tài)方程進行描述的問題。金屬試件材料均勻，內部各向力學性質相同，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處理。 應變與溫度的關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方向的，為了方便研究，我們假設熱效應只引起金屬試件一個方向的膨脹，物體體積的改變只與該方向形變有關，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系式 （）根據(jù)壓強及應變的定義將()式變形可得： （）聯(lián)立（）、（）、（）可以得到 （）通過運算得到 ()其中為測試試件時實驗室的溫度，這樣，通過式（）我們就建立了應變與溫度間的關系。下面就本實驗系統(tǒng)的需要進行具體的介紹與選取。由于其可輸出連續(xù)可見光，而且結構簡單、體積較小、價格低廉等優(yōu)點，在準直、定位、全息照相、測量、精密計算、光盤錄放等方面得到了廣泛的應用。但是為了保持反射和折射的光束比，實驗要求我們必須保護好分束鏡的鍍膜，切忌擦傷，損壞半反半透鏡。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，而且在分辨率、動態(tài)范圍、靈敏度、實時傳輸和自掃描等方面的優(yōu)越性，也是其它攝像器件無法比擬的。 紅外熱像儀 紅外熱像儀是通過非接觸探測紅外能量(熱量)，并將其轉換為電信號，進而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對溫度值進行計算的一種檢測設備。 散斑干涉法應力變形測量實驗 應力變形測量實驗就是通過給試件施加壓力使試件發(fā)生位移，從而導致散斑干涉條紋改變的實驗。調節(jié)反光鏡上的二維調整架的微調旋扭，使得到的圖像的干涉圖像最清晰且位于中心位置。微調裝置，使計算機屏幕上得到最清晰、最完整的散斑圖像，且位于中心位置，這時采集一張散斑圖并且編號記錄。最后一部分介紹了散斑干涉法應力變形測量實驗和散斑干涉法金屬熱變形測量實驗的具體步驟，得到了散斑干涉圖樣，為下一步數(shù)據(jù)處理驗證模型的可行性做好準備。通過查閱相關資料，我們得到一組有關金屬銅體膨脹系數(shù)隨溫度改變而發(fā)生變化的實驗數(shù)據(jù)。,x,y5,39。本文提出的是基于散斑干涉法的溫度測試技術，這是一種新型的光學測溫方法，具有高精度、全場性、非接觸、實時性、高靈敏度等特點，是對溫度測試技術的全新探討。隨著光學精密儀器、圖像處理技術的不斷發(fā)展，散斑干涉技術在溫度測試方面的優(yōu)勢將會逐漸顯現(xiàn)出來，有待進一步更深入的研究。最后，謹向百忙中抽出寶貴時間評審論文的各位老師致以誠摯的謝意!第 34 頁 共 34 頁