【正文】 段都給予了悉心指導(dǎo)，提出了很多寶貴意見。（4）對系統(tǒng)模型涉及到的部分參量后期處理方法進(jìn)行了探討說明。,x,y2,39。 計(jì)算機(jī)采集到的部分相鄰散斑圖樣 相減處理后得到的散斑條紋圖樣 本章是對第二章提出的測量模型的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)介紹，首先提出了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基本思路，確立了實(shí)驗(yàn)整體框架圖。而后放入平面反射鏡，要使平面反射鏡到分光鏡的距離和被測物品到分光鏡的距離相同，調(diào)節(jié)使被平面鏡反射的光束的中心也入射到CCD攝像機(jī)接收表面上，這時便可以在計(jì)算機(jī)采集圖像的軟件上看到干涉條紋。：復(fù)合視頻輸入1復(fù)合視頻輸入2復(fù)合視頻輸入3復(fù)合視頻輸入4多 路開 關(guān)濾波A /D緩存 PCI總線VGA顯示系統(tǒng)內(nèi)存 VIDEOPCISM圖像采集卡基本結(jié)構(gòu)四路復(fù)合視頻輸入經(jīng)多路開關(guān)，軟件選擇其中一路作為當(dāng)前輸入，經(jīng)過濾波輸出到A/D卡進(jìn)行模/數(shù)變換。本系統(tǒng)中所使用的半透半反鏡是一種固定分束比分束鏡，其反射和折射光強(qiáng)比理論上為1:1。，整個測試系統(tǒng)有三大模塊組成，分別為加熱裝置、試件、測量系統(tǒng)，為了檢測本測試系統(tǒng)的可行性以及精度，我們在實(shí)驗(yàn)的同時采用紅外熱像儀記錄同一時刻試件的溫度，將兩種測溫方法所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。本系統(tǒng)中的金屬試件受到高溫的作用下，形變較小，且在工程實(shí)際問題中，這種形變甚至可以忽略，故我們可以認(rèn)為試件為彈性體。 應(yīng)變—溫度模型的建立物體溫度的變化會導(dǎo)致物體發(fā)生微小的位移或形變，這種變化可由確定的函數(shù)關(guān)系式進(jìn)行表達(dá)，從而建立物體應(yīng)變與溫度之間的關(guān)系模型，下面我們從熱力學(xué)與彈性力學(xué)的角度來確定這個關(guān)系式。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。但在習(xí)慣上，人們往往將用電子處理方法實(shí)現(xiàn)的電子散斑干涉法(ESPI)和用數(shù)字處理方法實(shí)現(xiàn)的數(shù)字散斑干涉法(DSPI)統(tǒng)稱為電子散斑干涉法(ESPI)。非接觸測溫方法主要包括輻射式測溫、光譜法測溫、激光干涉式測溫以及聲波測溫方法等。隨著科技的迅速發(fā)展，高溫、超高溫、低溫、超低溫等非常態(tài)實(shí)驗(yàn)及工程應(yīng)用越來越多，越來越復(fù)雜；另一方面，武器型號、重大裝備及精密制造技術(shù)的發(fā)展也需要進(jìn)行溫度場的檢測研究。同時受到耐高溫和耐低溫材料的限制，不能應(yīng)用于某些極端環(huán)境的溫度測量；另外在測量過程中，測量器件與溫度場直接接觸，會導(dǎo)致待測溫度場的自身獨(dú)立性受到破壞，加之測量時接觸不良等現(xiàn)象的存在，這些都會給測試結(jié)果帶來一定的誤差。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。 本論文的主要工作內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排本論文是基于散斑干涉法的溫度測試技術(shù)研究方案，要求在學(xué)習(xí)理解了散斑干涉測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立起溫度場測量的理論模型，然后設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證，并對實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析、討論。散斑的大小與觀察平面的位置及與照明光波的波長有關(guān)；散斑的對比度和被測物體的表面粗糙度有著很密切的關(guān)系，決定了是否能產(chǎn)生可判讀的散斑圖；如果被激光照明的粗糙表面發(fā)生位移或變形，則在觀測平面上的散斑圖也要產(chǎn)生相應(yīng)的變化，這就是散斑的運(yùn)動規(guī)律特性，本文正是利用了散斑的這一特性作為理論基礎(chǔ)來進(jìn)行研究的。，激光束經(jīng)過全反鏡，擴(kuò)束鏡和分束鏡分成物光和參考光，它們分別照射到漫反射的物表面和參考面上之后再返回，兩束返回的光束在成像面上相互干涉形成干涉條紋。通過熱力學(xué)知識可知，固體的膨脹系數(shù)是溫度的函數(shù)，與壓強(qiáng)近似無關(guān)；等溫壓縮系數(shù)的數(shù)值很小，在一定的溫度范圍內(nèi)可以近似看作常數(shù)。第三節(jié)通過熱力學(xué)固態(tài)方程的描述以及連續(xù)體力學(xué)中彈性理論相關(guān)知識，建立了溫度與物體應(yīng)變之間的關(guān)系，從而將溫度與散斑干涉條紋聯(lián)系起來，從理論上證明了利用散斑干涉法進(jìn)行溫度測試的可行性。按其形狀分類，反射鏡可分為平面反射鏡，球面反射鏡和非球面反射鏡，本系統(tǒng)使用的反射鏡是平面反射鏡。本系統(tǒng)采用的圖像采集卡VIDEOPICSM是北京大恒圖像視覺有限公司設(shè)計(jì)的基于PCI總線的高速黑白圖像采集卡。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。連續(xù)重復(fù)操作20次，停止加熱。.39。在這里我們必須說明，該模型的建立是在假設(shè)待測試件只發(fā)生一維形變的前提下，并且將試件固定在金屬固體的基礎(chǔ)上建立起來的，客觀上具有一定的局限性，更深入的討論有待進(jìn)一步研究。數(shù)月以來的輔導(dǎo)，姜師姐認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)作風(fēng)以及不畏艱難孜孜以求的科學(xué)探索精神成為我學(xué)習(xí)的榜樣，這些必將使我終身受益。對于這一部分具體處理過程，已作為一個獨(dú)立的課題由他人進(jìn)行研究，本文在這里不再介紹。彈性模量由材料成分決定，受溫度影響變化微小，也可以作為常量處理，但是壓制純銅和冷拔純銅的彈性模量略有區(qū)別，這里要引起注意。 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖 計(jì)算機(jī)采集的相鄰編號散斑圖樣 相減算法處理后得到的散斑干涉條紋圖 散斑干涉法金屬熱變形測量實(shí)驗(yàn)熱變形測量實(shí)驗(yàn)是本章的重點(diǎn)，以上應(yīng)力變形實(shí)驗(yàn)已經(jīng)為該實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行做好了準(zhǔn)備。 離面位移測量光路圖 激光散斑干涉測量實(shí)驗(yàn)散斑干涉測量光路涉及參考光與物光的相互干涉，由于兩束光之間的光程差大小以及光強(qiáng)度是否相同以及周圍雜質(zhì)光的干擾等都會直接影響散斑干涉條紋的產(chǎn)生與否及質(zhì)量好壞，加上儀器準(zhǔn)直繁瑣，受熱金屬試件變形不明顯等因素的影響，這就決定了實(shí)驗(yàn)前的調(diào)試工作將會耗費(fèi)大量時間。被檢測對像的光信息通過光學(xué)成像系統(tǒng)成像于CCD的光敏面上，CCD的光敏像元將其上的光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電荷量。 HeNe激光器是最早研制成功的氣體激光器。： 一維方向下試件加熱形變示意圖在熱源的作用下，金屬試件發(fā)生離面位移，根據(jù)力學(xué)定義我們可知，在截面上所施加的力和橫截面積之間定義了一個應(yīng)力，其表達(dá)式為 （）其中表示應(yīng)力，表示橫截面所受力的大小，表示橫截面積。而溫度正是熱學(xué)中特有的狀態(tài)參量，要研究溫度，就必須建立溫度與其他四類參量之間的關(guān)系。各種測量方案均遵循上述理論。同時按照光場的傳播方式，將散斑場分為遠(yuǎn)場散斑(與夫瑯和費(fèi)衍射對應(yīng))、近場散斑(與菲涅爾衍射對應(yīng))和像面散斑三種類型。由于它綜合了現(xiàn)代發(fā)展的多項(xiàng)技術(shù):激光技術(shù)、視頻技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息與數(shù)字圖象處理技術(shù)及精密測試技術(shù)，因此數(shù)字散斑干涉技術(shù)具有如下特點(diǎn)[16]:(l)它采用CCD攝像機(jī)和電子存儲器取代了全息干板記錄物面散斑場的光強(qiáng)信息，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時顯示干涉條紋，實(shí)時處理信息，快速方便；(2)它使用的圖像采集卡(Frame Grabber Board)速率快，采集散斑場信息快速及時，從而對工作環(huán)境的要求大大降低。當(dāng)用相干性很好的光（如激光）照射漫反射表面時，漫反射表面形成無數(shù)小光點(diǎn)，類似于點(diǎn)光源，它們反射的光彼此相互干涉，并在物體表面前方的空間形成了無數(shù)隨機(jī)分布的點(diǎn)，人們把這些相干的亮點(diǎn)和暗點(diǎn)稱為散斑，把這種隨機(jī)分布的散斑結(jié)構(gòu)稱為散斑場[8]。下面分別介紹兩類測溫方法的原理及特點(diǎn)。 溫度測試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀由于溫度與科學(xué)研究及國民經(jīng)濟(jì)中工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，近年來，國內(nèi)外各種溫度測試技術(shù)層出不窮，按照大的方向劃分，可分為接觸式測溫和非接觸測溫兩大類，[4]。1962年貝爾實(shí)驗(yàn)室的Rigden和Gordon首先解釋了激光散斑現(xiàn)象的產(chǎn)生[7]。 數(shù)字散斑干涉技術(shù)的特點(diǎn)數(shù)字散斑干涉技術(shù)是一種測量光學(xué)粗糙表面位移或變形等物理量的干涉測量技術(shù)，具有波長量級的靈敏度，廣泛應(yīng)用在無損檢測中。因此散斑的分類也就多種多樣，按物體表面的性質(zhì)可以將散斑分成強(qiáng)散射屏產(chǎn)生的正態(tài)散斑和弱散射屏產(chǎn)生非正態(tài)散斑；按照明光場的相干性可以將散斑分成完全相干散斑和部分相干散斑。目前，數(shù)字散斑干涉技術(shù)主要用于五個方面的測量，它們分別是：面內(nèi)位移測量，離面位移測量，表面形狀測量，三維位移場測量和位相物體測量。 固體狀態(tài)方程描述一個熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)可以由它的幾何參量、力學(xué)參量、化學(xué)參量、電磁參量以及熱學(xué)參量的數(shù)值確定，熱力學(xué)所研究的全部宏觀物理量都可以表達(dá)為這五類參量的函數(shù)[26]。根據(jù)連續(xù)體力學(xué)彈性體規(guī)律我們可知，在一維方向上進(jìn)行的加熱變形屬于線應(yīng)變，根據(jù)定義，線應(yīng)變 （）其中表示受熱后試件發(fā)生的形變，表示受熱之前原試件的長度，表示應(yīng)變。 HeNe激光器由于散斑干涉測量方法中需要具有良好相干性的光源，因此采用激光光源。 平面反射鏡實(shí)物圖 擴(kuò)束鏡實(shí)物圖 分束鏡實(shí)物圖 CCD攝像機(jī)CCD (Charge Couple Device)是70年代初期在美國首先研制成功的一種新型圖像傳感器，是一種光電耦合器件，CCD突出特點(diǎn)是以電荷作為信