【正文】 展望 由于時間倉促，加上實(shí)驗(yàn)室條件限制，本文只是初步對此進(jìn)行了研究，要達(dá)到精確測量必須克服很多數(shù)據(jù)采集技術(shù)問題。 Matlab圖像處理后統(tǒng)計的結(jié)果如表 ： 表 前 10秒，干涉條紋級數(shù) 溫差表 干涉條 紋級數(shù) 2 3 4 圖片間隔 (張 ) 3 4 5 理論溫差 (oC) 14 21 28 實(shí)際溫度估算值（ oC） 條紋變化一級 :時間間隔為 st ?? ，理論上計算的溫差 CT o7?? （ 2）用紅外熱像儀實(shí)測得，其他的照片的溫度區(qū)間是（ 530， ）攝氏度；每秒溫度下降約為 10攝氏度。 圖 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖 微調(diào)裝置，使計算機(jī)屏幕上得到最清晰散斑圖像，且位于中心位置。因此，直接進(jìn)行高溫?zé)嶙冃螠y量實(shí)驗(yàn)比較困難，為此本實(shí)驗(yàn)決定分為兩個步驟進(jìn)行：首先搭建系統(tǒng)進(jìn)行散斑干涉法中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文 第 21 頁 共 32 頁 應(yīng)力變形測量實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)干涉條紋移動效果比較明顯，目的在于調(diào)試整個系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)?shù)谝粋€實(shí)驗(yàn)取得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時，再在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行散斑干涉法金屬熱變形測量實(shí)驗(yàn)，事半功倍，效果明顯。由激光原理知識我們可以知道光的發(fā)散角和束腰半徑是激光的兩個重要參數(shù)，擴(kuò)束鏡的作用就是改變這兩個參數(shù)，從而改變激光傳播的廣場分布，通常情況下，擴(kuò)束鏡是由一個凹透鏡和一個凸透鏡構(gòu)成的。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。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(jìn)而推廣至三維的方法來處理。 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)。 這時 ? ??? 12 ??? n 1??n , 2? , 3? … （ ） 若物體發(fā)生微小位移，則物體移動前后散斑干涉條紋發(fā)生改變 [24]，會造成物光復(fù)振幅的總的位相改變 ? ?， 由于光強(qiáng)差 I 是相位差 ? ? 的函數(shù)，所以若物體表面各部位位移不同，其光強(qiáng)差也不同，由此可產(chǎn)生明暗變化的光強(qiáng)差條紋，利用這種方法可以測量出物體的位移。 由散斑的成因可知，物體表面的性質(zhì)和照明光場的相干性對散斑都有著決定性的影響。從 80年代初 ,美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的 Dudderar等將光纖成功用于全息測量中 ,到現(xiàn)在 ,各種光纖和傳像束在 ESPI/DSPI系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究 ,獲得了較好的效果。隨后 1969年英國學(xué)者 Leenderz在國際光學(xué)會議上提出了利用散斑檢測粗 糙表面的光學(xué)干涉方法 ——散斑干涉測量法（ Speckle Interferometry） [12]。接觸測溫法在測量時需要與被測物體或介質(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。 關(guān)鍵詞 ：數(shù)字散斑干涉技術(shù)，離面位移，非接觸式測溫，干涉條紋 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文 Speckle Interference Temperature Measuring Technology Research based on the Thermal Deformation of Metal Abstract Temperature measuring has close connection with scientific research and industrial and agricultural production in the national the unceasing development of the science and technology,the precision requirement of temperature measuring is being higher and at the shortings of the existing temperature testing technology,in this paper,speckle interference temperature measurement technology is studied based on the thermal deformation of metal,pared to traditional technology of temperature measuring,this method has the characteristics of noncontact,high method is a kind of new discussion of temperature measurement technology and it has important research meanings. Papers in the full understanding on the basis of the principle of digital speckle interferometry,the heat conduction and thermal elastic theory,speckle interference fringe was deduced and the relationship between surface temperature。在非接觸測溫方法中，光學(xué)原理測溫技術(shù)，是近十幾年發(fā)展起來的一門全新的測試技術(shù)，利 用溫度的變化所引起的光學(xué)圖樣的變化來測量并計算出該物理量是其基本原理。 非接觸式測溫方法則不需要與被測對象接觸，則不會干擾溫度場，動態(tài)響應(yīng)特性一般也很好，但是會受到被測對象表面狀態(tài)或測量介質(zhì)物性參數(shù)的影響 [8]。數(shù)字散斑干涉減小了電子散斑的噪聲，大大提高了干涉條紋的清晰度。但隨著算法的發(fā)展、簡化 ,和計算機(jī)日新月異的更新 ,這些問題會逐漸得到解決。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]。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。由熱力學(xué)知識可以知道，物態(tài)方程正是聯(lián)系溫度與其他狀態(tài)參量之間的一個函數(shù)關(guān)系方程式，這為我們進(jìn)行研究提供了思路。 為了簡化運(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。HeNe 激光器是最早研制成功的氣體激光器。視頻信號中的每一個離散的電壓信號的大小對應(yīng)于該光敏像元上圖像的光強(qiáng)，信號輸出的時序?qū)?yīng)于該光敏像元在 CCD 上的空中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文 第 19 頁 共 32 頁 間位置，從而 CCD 用自身電子掃描方式完成信息從空間域到時間域的變換。 圖 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖 調(diào)整 HeNe 激光器激光管的俯仰 ,使激光器發(fā)出的光束平行于工作平臺的工作面。接下來詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)過程中所用到器件的相關(guān)知識以及選取理由，為接下來的實(shí)驗(yàn)過程打下基礎(chǔ)；接著給出了實(shí)驗(yàn)光路圖，確立了整個實(shí)驗(yàn)要分兩步走的思路。 （ 2）試件受熱不均勻：本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，采用丁烷氣體加熱器對試件進(jìn)行直接加熱，這樣會導(dǎo)致試件表面受熱不均勻，從而導(dǎo)致試件局部產(chǎn)生的離面位移不相同，而散斑的變化只能反映試件的局部離面位移，從而反映局部的溫度變化；本次實(shí)驗(yàn)中用紅外熱像儀直接測的試件的溫度，其反映的也是局部溫度。 （ 4） 在本次實(shí)驗(yàn)中，我們采取的是先加熱到一定的溫度，然后采集降溫過程中的條紋變化，因此導(dǎo)致測試的溫度在 400度至 800度之間，在這個溫度區(qū)間中發(fā)現(xiàn)了不同的規(guī)律，下一步我們應(yīng)該測量 400攝氏度至室溫的溫度下的鋼片的溫度變化與條紋的關(guān)系，完善總體的溫度與條紋的關(guān)系。 （ 2）認(rèn)真學(xué)習(xí)了散斑干涉法測量原理，熱力學(xué)以及彈性力學(xué)的相關(guān)知識，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)行溫度測試的可行性。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理 查金屬的熱膨脹系數(shù)表之小鋼板的熱膨脹系數(shù) ? 為 C?? /10* 5 ,測量得小鋼板的厚度 mml 3? ；激光器的波長 ?? 。這暗洞使散斑圖像攜帶的物件形變信息大量丟失，對后續(xù)圖像處理產(chǎn)生極大的困難。本系統(tǒng)中使用的紅外熱像儀 MS6550如圖 。分束鏡的作用是將一束光分成兩束或兩束以上具有一定光強(qiáng)比的透射光與反射光，按照反射光強(qiáng)與透射光強(qiáng)的比例關(guān)系分類，有固定分束比分束鏡和可變分束比分束鏡兩類。 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文 第 15 頁 共 32 頁 3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 設(shè)計思路 本實(shí)驗(yàn)利用溫度改變會引起試件發(fā)生微小形變，通過散斑干涉技術(shù)采集試件形變前后兩次干涉圖樣，然后將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件處理，并利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算，最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？紤]到這兩點(diǎn)，則可以建立以下物態(tài)方程： ])(1)[0,(),( 000 pkTTTVpTV T???? ? （ ） 彈性體形變的一維問題 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文 第 12 頁 共 32 頁 物體在外力的作用下，質(zhì)元間的相對位置會發(fā)生微小變化，從而使物體發(fā)生形變，此時，體內(nèi)各質(zhì)元處于一種新的緊張狀態(tài)，產(chǎn)生了一種彈性回復(fù)力，即物體有抗拒外力作用以恢復(fù)其形狀不變的能力。 當(dāng)物體變形后，由于物體表面發(fā)生離面位移 l? (沿 z 軸方向 )，使物光與參考光產(chǎn)生 2 l? 的光程差，于是在 CCD電視攝像 機(jī)成像平面上物光和參考光的位相差為 l??? 22??? （ ） 此時， CCD電視攝像機(jī)記錄的光強(qiáng)分布為 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文 第 10 頁 共 32 頁 )c o s (2),( 002201 ??? ????? rrr aaaayxI （ ） 采用減法模式，并取絕對值為 10 ),( IIyxI ?? ? ?)c o s ()c o s (2 000 rrraa ????? ????? 2s i n)(2s i n4 00 ???? ?????? ??? rraa （ ） 當(dāng) ?? =2n? n= 1? , 2? , 3? … 時 （ ） 0),( ?yxI ，呈現(xiàn)暗條紋。 IA照明被測物體表面，被測物體由成像透鏡成像，經(jīng)分束器到達(dá)像面； IB由分束器反射到像面，在像面上，物光與參考光相互干涉形成干涉散斑場。當(dāng)待測物體發(fā)生某種形變會引起物光與參考光之間的相位差變化，會形成另一幅散斑干涉圖像，通過采集待測物體形變前后兩幀圖像，對其運(yùn)用相關(guān)算法進(jìn)行處理，就可以得到待測物體的變形量，這樣就建立起了散斑干涉條紋與物體應(yīng)變之間的關(guān)系模型。之后又把視頻技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)引入錯位散斑干涉術(shù)，從而形成了數(shù)字錯位散斑干涉術(shù)。同時，還要不斷探索新的溫度測量方法，改進(jìn)原有測量技術(shù)，以滿足各種條件下的溫度測量需求。 數(shù)字散斑干涉技術(shù)測溫屬于非接觸式測溫方法，即測量過程不需要與被測對象接觸，因而不會干擾溫度場；實(shí)驗(yàn)過程中反映試件變形的散斑條紋即時顯示在計算機(jī)屏幕上，能迅速記錄瞬時溫度場的全過程，具有實(shí)時性，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，因此與其他測量方法相比，能夠更精確地測量物體表面的溫度場；而且系統(tǒng)光路比較簡單，一般不需要防震臺，對光源功率要求也不高，對待測試件的材料尺寸和形狀中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文 第 2 頁 共 32 頁 沒有特殊要求，是一種簡單新穎的溫度測量方法 [5]。 畢業(yè)論文 基于金屬熱變形的散斑干涉測溫技術(shù)研究 學(xué)生姓名： 學(xué)號 10051041 學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè)： 光電信息工程 指導(dǎo)教師： 王小燕 20xx 年 6 月 中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文 基于金屬熱變形的散斑干涉測溫技術(shù)研究 摘要 溫度測試與科學(xué)研究及國民經(jīng)濟(jì)中工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)。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，然后通過后期計算得到結(jié)果，這是一種間接測溫方法 [4]。 雖然溫度測量方法多種多樣 ,但在很多情況下，對于實(shí)際工程現(xiàn)場或一些特殊條件下的溫度測量 [9]，比如對極限溫度、高溫腐蝕性介質(zhì)溫度、氣流溫度、表面溫度、固體內(nèi)部溫度分布、微尺寸目標(biāo) 溫度、大空間溫度分布、生物體內(nèi)溫度、電磁中北大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文 第 3 頁 共 32 頁 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)合被測對象要求選擇合適的測量方法才能完成。例如，八十年代末，天津