【正文】 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 32 頁(yè) 共 32 頁(yè) 致 謝 本論文的工作是在我的指導(dǎo)老師王老師的悉心指導(dǎo)下完成的，王 老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響。 3. 利用 matlab 軟件處理云紋圖像，得到了莫 爾條紋的纖相位變化，并用此相位變化推導(dǎo)出溫度場(chǎng)的變化，證明了該實(shí)驗(yàn)原理的可行性。 圖 31 試驗(yàn)系統(tǒng)圖 基于 MATLAB 的圖像處理以獲得相位變化 由 CCD 測(cè)得變溫前后莫爾條紋圖（ CCD 鏡頭采用 256*256um 的分辨率），放入高溫物體前的 莫爾條紋如圖 。由（ 2－ 18）式可知，光束偏折角 ? ?yxy ,? 與莫爾條紋相位變化 ? ?yx,??之間的關(guān)系為 ? ? ? ?yxdpyxy ,2 39。莫爾條紋圖案光強(qiáng)分布滿(mǎn)足如下關(guān)系： ? ? ? ? ? ? ? ?? ?yxxfyxbyxayxg ,2c o s, 0 ?? ??? （ 219） 其中 ? ?yx,? 為相位，包含了待測(cè)試的有用信息； ? ?yxa , 和 ? ?yxb , 是由于背景輻射、不均勻反射和傳播引起的噪聲信息參數(shù)； 0f 是干涉條紋在空間周期性變化的基頻，它對(duì)條紋的影響要大于 ? ?yxa , 和 ? ?yxb , 。這時(shí)光柵的序數(shù)方程為 pkdxdyxy )(2s i n)39。 莫爾偏折法測(cè)溫的基本原理 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 14 頁(yè) 共 32 頁(yè) 莫爾偏折法是建立于莫爾效應(yīng)基礎(chǔ)上的一種光學(xué)方法。八十年代后期以來(lái)，微電子封裝技術(shù)朝著大規(guī)模、高密度表面安裝的方向迅猛發(fā)展。 1964 年 鋼板的熱應(yīng)變進(jìn)行了測(cè)量。 圖 大準(zhǔn)直鏡光路系統(tǒng) 圖 所示的光路利用一個(gè)大準(zhǔn)直鏡產(chǎn)生一束面積較大的準(zhǔn)直光，利用四個(gè)反射鏡將其分為四束準(zhǔn)直光 (圖中只畫(huà)了豎直方向的光束，水平方向也可分 為兩束準(zhǔn)直光 )，然后通過(guò)另外四個(gè)反射鏡將四束準(zhǔn)直光反射到試件表面。39。和 B39。 云紋干涉法的基本原理 云紋干涉法在其發(fā)展歷史上先后出現(xiàn)了兩種解釋?zhuān)椿诳臻g虛柵的解釋與波前干涉理論。實(shí)驗(yàn)中不僅順利地探測(cè)到了細(xì)絲加熱前后莫爾條紋的變化，還得到了細(xì)絲周?chē)鲌?chǎng)的溫度分布。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 II 頁(yè) 共 III 頁(yè) Abstract Optical flow visualization and measurement is one of the interesting fields in the experimental researches of heat transfer, especially in the field of mini/micro scale heat transfer. An optical method, Fourier Transform Moir233。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 2 頁(yè) 共 32 頁(yè) 基于空間虛柵概念的解釋 最常見(jiàn)的云紋干涉法光路是由云紋干涉法的創(chuàng)始人 倡導(dǎo)的雙光束對(duì)稱(chēng)入射試件柵光路，如圖 所示。和 B39。 z方向的位移 w對(duì)光強(qiáng)分布的影響被消除。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 7 頁(yè) 共 32 頁(yè) 圖 光柵分光光路系統(tǒng) 在圖 ，準(zhǔn)直激光束垂直入射到一個(gè)高頻正交云紋光柵的表面，在互相垂直的光柵方向產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)的士 l級(jí)衍射光，利用四個(gè)反射鏡將這四束衍射光反射到試件表 面，這樣即可同時(shí)測(cè)量 U、 V變形位移場(chǎng)。 1974 年 提出了使用電解光刻腐蝕法制作高溫柵的工藝，使高溫位相粗柵的質(zhì)量有所提高。為了將云紋干涉法實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電廠主蒸汽管清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 11 頁(yè) 共 32 頁(yè) 道的蠕變監(jiān)測(cè)，鄒大慶等人提出并實(shí)現(xiàn)了曲面變形柵復(fù)制技術(shù)，但為工程單位提供了有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，而且同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了高溫云紋干涉法實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)于曲面的變形問(wèn)題的研究，拓寬了高溫云紋干涉法的應(yīng)用范圍。在一級(jí)亮紋 上取一點(diǎn) ( x ,y)，為了討論的方便，以對(duì)莫爾條紋的形成進(jìn)行細(xì)致分析，被討論區(qū)域放大圖如圖 22所示。 （ 214） 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 17 頁(yè) 共 32 頁(yè) 考慮到 12/ ??? ，上式簡(jiǎn)化為 ?? lpdx y ??39。 如前所述， ? ?yxa , , ? ?yxb , , ? ?yx,? 對(duì)條紋空間分布的影響均小于 f0對(duì)條 紋的調(diào)制，所以 (221)式所表征的傅立葉頻譜將有三個(gè)頻帶? ?yfA , , ? ?yffC ,0? , ? ?yffC ,0? 如圖所示。 0 的復(fù)角。 圖 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 24 頁(yè) 共 32 頁(yè) 由圖 和圖 Y=125 時(shí)，莫爾條紋的相位變化最大，所以把圖 讀入 MATLAB，并取 Y=125 可得到這一條直線上的的光強(qiáng)分布圖如圖 。王老師的熱心幫助和積極督促讓我能夠順利的完成論文，也讓我了解到王老師作為一位研究人員應(yīng)有的博學(xué)知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。詳細(xì)分析并建立了該圖像處理技術(shù)的數(shù)學(xué)模型。利用 CCD 采集前后的圖樣，經(jīng)過(guò)圖像處理就可以簡(jiǎn)單得到條紋的相位變化曲線 ),( yx? ，再由第二章提到的推導(dǎo)過(guò)程就可以得到待測(cè)區(qū)域溫度的變化 ),( yxT ，從而測(cè)得物體的溫度。0?? ?? （ 228） 令 ? ? ? ? ? ?yxyxyx , 0??? ??? ， ? ?yx,?? 才是實(shí)驗(yàn)中能反映光線偏折角 ? ?yxy ,? 的相位分布。本文采用對(duì)莫爾條紋強(qiáng)度分布傅立葉變換的方法來(lái)獲取條紋的相位信息。 如果光線穿過(guò)被測(cè)介質(zhì)后通過(guò)光柵，由于光線的偏折會(huì)使莫爾條紋產(chǎn)生位移。光學(xué)偏折法測(cè)溫就是通過(guò)光線在非均勻場(chǎng)中的偏折角的測(cè)量而獲得折射率場(chǎng)，進(jìn)而得到溫度場(chǎng)的。 、 等繼續(xù)發(fā)展了高溫柵復(fù)制技術(shù)，成功地研究了炭 /環(huán)氧纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層板的固化殘余應(yīng)變 (125℃ )，隨后又成功地研究了新型炭 /環(huán)氧纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層板的固化殘余應(yīng)變 (185℃ )。在現(xiàn)代光測(cè)力學(xué)中，云紋法在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用使于六十年代。它的缺點(diǎn)與圖 ，三反鏡必須靠近試件，這在特殊的測(cè)試條件下有時(shí)是不可能的 。139。 當(dāng)試件受力變形后，平面光波 A39。 本文主要工作著重于云紋干涉法測(cè)流體溫度場(chǎng)， 理解 莫爾條紋的形成原理和莫爾條紋干涉法測(cè)量溫度的原理 后，對(duì)比不同的云紋干涉法應(yīng)用實(shí)例，選擇 了激光云紋法實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)云紋干涉法測(cè)流體溫度場(chǎng)的理論進(jìn)行了仿真說(shuō)明。 最后，本文進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，利用傅立葉變換莫爾偏折法測(cè)量了豎直加熱細(xì)絲自然對(duì)流溫度場(chǎng)。 Deflectometry, applicable to mini/micro scale heat transfer, is proposed in this paper. In this paper, the researches are focused on the improvement of measurement sensitivity, so as to meet the needs of measurement for mini/micro scale fluid temperature distribution. Three approaches are presented. physical and mathematical models of Moir233。 最早對(duì)云紋干涉法的解釋為 :對(duì)稱(chēng)于試件柵法向入射的兩束相 干準(zhǔn)直光在試件表面的交匯區(qū)域內(nèi)形成頻率為試件柵兩倍 ( sff 2? )的空間虛柵，當(dāng)試件受載變形時(shí)，刻制或復(fù)制在試件表面的試件柵也隨之變形，變形后的試件柵與作為基準(zhǔn)的空間虛柵相互作用形成云紋圖，該云紋圖即為沿虛柵主方向的面內(nèi)位移等值線，并提出了類(lèi)似于幾何云紋的面內(nèi)位移計(jì)算公式 : sXX fNfNu 2?? (11) sXX fNfNv 2?? 圖 云紋干涉法的空間虛柵解釋 對(duì)這一方法的理論解釋是以傳統(tǒng)的幾何云紋概念為基礎(chǔ)的，對(duì)建立有關(guān)云紋干涉法的一些基本概念是有幫助的，能夠滿(mǎn)足一般實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理的要求。39。 如果用波長(zhǎng)數(shù) n表示相對(duì)光程變化，并考慮到光程與位相之間的關(guān)系 ),(2),( yxnyx ???? ??? （ 16） 由此得到 x方向面內(nèi)位移 u的表達(dá)式 sXfNu 2? （ 17） 式中， NX是 u場(chǎng)等位移條紋級(jí)數(shù)。該光路結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)節(jié)方便，適用于開(kāi)發(fā)云紋干涉法的測(cè)試儀器。同年， Lytle Johnson 對(duì)焊接板的熱應(yīng)變問(wèn)題進(jìn)行了研究。 小結(jié) 本章首先闡述了云紋干涉法理論上的兩種基本 解釋?zhuān)瑢?duì)云紋干涉法的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、光柵技術(shù)等進(jìn)行了介紹，并對(duì)目前國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)工作者對(duì)云紋干涉法在高溫測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)行了綜述。簡(jiǎn)單的幾何分析即可得 ? ?? ? pmxypkxy?????????????????????????????????????2s in2c o s2s in2c o s )82()72(?? 其中 k 和 m 均為整數(shù)，對(duì)于一級(jí)亮紋有 mk=1 由（ 2－ 7）可以解得 : )2/sin(2 )( ? pkmx ?? (29) 實(shí)驗(yàn)中θ角很小，從而我們有以下近似： ?? lppkmx ??? )( (210) 一級(jí)亮紋對(duì)應(yīng)于 l=mk=1。 （ 215）