【正文】 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(cè)試方面的優(yōu)勢(shì)將會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，有待進(jìn)一步更深入的研究。,x,y5,39。最后一部分介紹了散斑干涉法應(yīng)力變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)和散斑干涉法金屬熱變形測(cè)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。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。 紅外熱像儀 紅外熱像儀是通過(guò)非接觸探測(cè)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(cè)設(shè)備。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。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。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(guò)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(lái)處理。如果孤立系統(tǒng)經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生任何變化，則稱(chēng)這樣的狀態(tài)為熱力學(xué)平衡態(tài)[26]。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(lái)形成條紋。因此，通過(guò)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(cè)量溫度的目的。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(wèn)題。雖然溫度測(cè)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(chǎng)或一些特殊條件下的溫度測(cè)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(chǎng)干擾條件下溫度測(cè)量來(lái)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(cè)量方法的原理及特點(diǎn)，結(jié)合被測(cè)對(duì)象要求選擇合適的測(cè)量方法才能完成。溫度的測(cè)量方法有很多，目前常用的測(cè)溫方法主要有接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫兩大類(lèi)。通常來(lái)說(shuō)，接觸式測(cè)量?jī)x表比較簡(jiǎn)單，測(cè)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。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(lái)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(lái)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。因此本課題提出利用散斑干涉技術(shù)測(cè)量溫度實(shí)質(zhì)上是測(cè)量物體因溫度改變而發(fā)生的變形量，然后通過(guò)后期計(jì)算得到結(jié)果，這是一種間接測(cè)溫方法。我們研究的散斑主要是像面散斑。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(chēng)之為散斑干涉圖[25]。在介紹簡(jiǎn)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。 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(cè)溫是一種間接測(cè)溫方法，總體模型的建立需要分成兩個(gè)小模型來(lái)分別進(jìn)行分析設(shè)計(jì)的思路。本實(shí)驗(yàn)所選用的HeNe激光器如圖1所示，其功率為5mw。 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。本實(shí)驗(yàn)利用試件夾具背后的旋轉(zhuǎn)螺栓（帶有刻度）來(lái)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)。接下來(lái)就可以給試件加熱處理了，將加熱板放置在待測(cè)物體背面，使加熱板與銅板盡量全面接觸，均勻加熱。對(duì)于它的處理，我們可以采用數(shù)值擬合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，得到與的函數(shù)關(guān)系。對(duì)此，本文主要進(jìn)行了以下研究工作：（1）在全面了解了數(shù)字散斑干涉技術(shù)的特點(diǎn)后，提出了利用該技術(shù)進(jìn)行溫度測(cè)試的研究命題，這是一種新的嘗試，是理論上的創(chuàng)新。更深深感謝我的父母長(zhǎng)輩，是他們的關(guān)懷和支持一直鼓勵(lì)和引導(dǎo)我不斷成長(zhǎng)和進(jìn)步。5 總結(jié)與展望 全文總結(jié)隨著科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，溫度成為與許多行業(yè)密切相關(guān)的一個(gè)物理量，因此溫度測(cè)試技術(shù)逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱門(mén)課題。 銅膨脹系數(shù)的處理由熱力學(xué)知識(shí)可知，金屬銅的膨脹系數(shù)是溫度的函數(shù)，與壓強(qiáng)無(wú)關(guān)。故從實(shí)驗(yàn)裝置和步驟上，本實(shí)驗(yàn)與前一個(gè)實(shí)驗(yàn)比較類(lèi)似,下面具體介紹實(shí)驗(yàn)步驟：，其余裝置保持不變。下面我們分別介紹這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的具體過(guò)程。視頻信號(hào)中的每一個(gè)離散的電壓信號(hào)的大小對(duì)應(yīng)于該光敏像元上圖像的光強(qiáng)，信號(hào)輸出的時(shí)序?qū)?yīng)于該光敏像元在CCD上的空間位置，從而CCD用自身電子掃描方式完成信息從空間域到時(shí)間域的變換。放電管長(zhǎng)數(shù)十厘米的HeNe激光器輸出功率為毫瓦量級(jí)，放電管長(zhǎng)1m~2m的激光器其輸出功率可達(dá)幾十毫瓦。根據(jù)彈性理論我們可以知道，關(guān)于應(yīng)變和應(yīng)力之間的關(guān)系由大量的實(shí)驗(yàn)證明，在伸長(zhǎng)縮小足夠小的情況下，力與伸長(zhǎng)成正比，即 （）但是物體形變不僅取決于外力，也取決與物體本身的長(zhǎng)度，為了更好的描述材料本身特性，我們這里采用相對(duì)伸長(zhǎng)——應(yīng)變來(lái)描述，上式改寫(xiě)為 （）當(dāng)物體發(fā)生應(yīng)變時(shí)，在形變的任意橫截面處都存在一對(duì)應(yīng)力，于是有下面的關(guān)系式： （）以上比例關(guān)系寫(xiě)成等式即為： （）其中比例系數(shù)稱(chēng)為材料的彈性模量，它決定于材料自身的性質(zhì)。本系統(tǒng)模型的建立選用金屬固體作為測(cè)試試件，通過(guò)加熱使金屬發(fā)生微小形變[27]，這一研究過(guò)程不涉及電磁性質(zhì)也不考慮與化學(xué)成分有關(guān)的性質(zhì)，所以就不必引入電磁參量和化學(xué)參量。 離面位移測(cè)量原理激光被準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束后照射到分束器上，被分束器分為物光束和參考光束。當(dāng)用激光照明時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)形成被照明表面的像，并且像與物的強(qiáng)度有類(lèi)似的隨機(jī)分布，這就被稱(chēng)為“主觀散斑”；當(dāng)用激光照明粗糙表面時(shí)，其散射光的強(qiáng)度隨位置的不同而隨機(jī)變化，這就被稱(chēng)為“客觀散斑”。 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。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。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。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(guó)內(nèi)外研究的熱門(mén)[3]。 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。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。 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(wú)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]。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)。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(méi)有能量和物質(zhì)的交換，組成一個(gè)復(fù)合的孤立系統(tǒng)。彈性體通常采用應(yīng)變來(lái)描述形變。 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。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。由于近年來(lái)的技術(shù)革新，尤其表現(xiàn)在探測(cè)器技術(shù)，內(nèi)置可見(jiàn)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。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)。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(zhǎng)以及金屬銅的膨脹系數(shù)，等溫壓縮系數(shù)和彈性模量。) 程序擬合曲線(xiàn)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。王老師在我做畢業(yè)論文的每個(gè)階