【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(guān)系式，也是實(shí)驗(yàn)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(shí)首先采集一張散斑圖樣，并編號(hào)記錄；然后調(diào)節(jié)試件夾具背后的的旋轉(zhuǎn)螺栓開始給試件加壓，然后采集一次圖樣，并編號(hào)記錄；這樣采集8到10張圖樣即可。本實(shí)驗(yàn)利用試件夾具背后的旋轉(zhuǎn)螺栓（帶有刻度）來給銅片施加不同的壓力，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下： 調(diào)平實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。紅外熱像儀能夠?qū)⑻綔y到的熱量精確量化，不僅能夠觀察熱圖像，還能夠?qū)Πl(fā)熱的故障區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和嚴(yán)格分析。 本系統(tǒng)CCD采用日本先鋒公司生產(chǎn)的Pioneer Times PNT313型黑白攝像機(jī)，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(jī)立體圖 CCD 鏡頭實(shí)物圖 圖像采集卡圖像采集卡是作為圖像與計(jì)算機(jī)之間的通信接口部件，它是將視頻信號(hào)變?yōu)橛?jì)算機(jī)數(shù)字圖像的硬件設(shè)備。擴(kuò)束鏡是一種將光的光束半徑擴(kuò)大的一種鏡片，它帶來的好處是將光束覆蓋的范圍擴(kuò)大，其不良后果就是給光的準(zhǔn)直帶來了麻煩，是光準(zhǔn)直的對(duì)立面。本實(shí)驗(yàn)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?yàn)榻饘巽~是熱和電的良導(dǎo)體，熔點(diǎn)高，加熱過程中化學(xué)性質(zhì)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(nèi)部均勻，各向同性，當(dāng)熱源撤去后能逐漸恢復(fù)原狀，滿足系統(tǒng)模型中彈性體的要求。 本章小結(jié)本章首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)模型的建立進(jìn)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(gè)小模型來分別進(jìn)行分析設(shè)計(jì)的思路。這里我們首先研究金屬受熱引起某一個(gè)方向上的微小形變，即彈性體形變的一維問題，進(jìn)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(gè)與物態(tài)方程有關(guān)的物理量。在本系統(tǒng)中，因?yàn)榇郎y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(zhì)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(yùn)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(duì)值，這時(shí)， =4 （）實(shí)際情況，變化比變化慢得多，由式（）可看到它有兩個(gè)互相調(diào)制的函數(shù)項(xiàng)，第一項(xiàng)頻率高，表示散斑，第二項(xiàng)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(shí)驗(yàn)效果來驗(yàn)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(duì)象，模型的建立也是依此作為基礎(chǔ)進(jìn)行。因此本課題提出利用散斑干涉技術(shù)測量溫度實(shí)質(zhì)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(jì)算得到結(jié)果，這是一種間接測溫方法。之后又把視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)引入錯(cuò)位散斑干涉術(shù)，從而形成了數(shù)字錯(cuò)位散斑干涉術(shù)。數(shù)字散斑干涉技術(shù)(DSPI)是在電子散斑干涉計(jì)量技術(shù)上發(fā)展起來的，其特點(diǎn)就是將電子信號(hào)進(jìn)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(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。同時(shí)，還要不斷探索新的溫度測量方法，改進(jìn)原有測量技術(shù)，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(jié)果直觀可靠，儀器價(jià)格相對(duì)低廉，因而在實(shí)際生活中得到了廣泛的應(yīng)用。在非接觸測溫方法中，光學(xué)測溫技術(shù)[2]，是近十幾年發(fā)展起來的一門全新的測試技術(shù)，其基本原理是利用溫度的變化所引起的光學(xué)性質(zhì)的變化來測量并計(jì)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(shí)感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測對(duì)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(duì)于實(shí)際工程現(xiàn)場或一些特殊條件下的溫度測量[4]，比如對(duì)極端低溫或高溫環(huán)境溫度、腐蝕性介質(zhì)溫度、流體或固體表面溫度、固體內(nèi)部溫度分布、微小尺寸目標(biāo)溫度、生物體內(nèi)溫度、大空間溫度分布、強(qiáng)電磁場干擾條件下溫度測量來講，要想得到準(zhǔn)確可靠的結(jié)果并非易事，需要非常熟悉各種測量方法的原理及特點(diǎn)，結(jié)合被測對(duì)象要求選擇合適的測量方法才能完成。1971年英國學(xué)者Butter和Leenderz[10]以及美國學(xué)者M(jìn)akovski[11]相繼成功的以電視攝相機(jī)取代了全息干板的使用，視頻檢測技術(shù)的引進(jìn)使得采用可視化方式來記錄并處理靜態(tài)和動(dòng)態(tài)光學(xué)粗糙表面的位移成為可能，這種技術(shù)被稱為電子散斑干涉測量法(ESPI)。例如，八十年代末，天津大學(xué)秦玉文教授[13]首次提出使用渥爾德棱鏡作錯(cuò)位鏡，解決了雙像光強(qiáng)不等的問題。當(dāng)這種變形量處于散斑干涉模型的測量范圍之內(nèi)時(shí)，理論上我們就可以利用散斑干涉技術(shù)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(guān)系式進(jìn)行代換，最終得到不同形變時(shí)刻對(duì)應(yīng)的物體溫度。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量溫度的目的。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散斑和遠(yuǎn)場散斑[19]。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)主要利用減模式來形成條紋。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。如果孤立系統(tǒng)經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)在長時(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]。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)參量便可確定的簡單系統(tǒng)，這就轉(zhuǎn)化為利用簡單系統(tǒng)下狀態(tài)方程進(jìn)行描述的問題。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處理。 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。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。由于其可輸出連續(xù)可見光，而且結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在準(zhǔn)直、定位、全息照相、測量、精密計(jì)算、光盤錄放等方面得到了廣泛的應(yīng)用。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。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(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)算的一種檢測設(shè)備。 散斑干涉法應(yīng)力變形測量實(shí)驗(yàn) 應(yīng)力變形測量實(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)。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。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。最后一部分介紹了散斑干涉法應(yīng)力變形測量實(shí)驗(yàn)和散斑干涉法金屬熱變形測量實(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。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,y5,39。本文提出的是基于散斑干涉法的溫度測試技術(shù)，這是一種新型的光學(xué)測溫方法，具有高精度、全場性、非接觸、實(shí)時(shí)性、高靈敏度等特點(diǎn)，是對(duì)溫度測試技術(shù)的全新探討。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)在溫度測試方面的優(yōu)勢將會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來，有待進(jìn)一步更深入的研究。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摯的謝意!第 34 頁 共 34 頁