【正文】 (29) 實驗中θ角很小，從而我們有以下近似： ?? lppkmx ??? )( (210) 一級亮紋對應于 l=mk=1。圖 21 為莫爾條紋產(chǎn)生機理的示意圖，圖中兩個光柵 G1 和 G2 的節(jié)距均為 p，它們與 x 軸的夾角均為θ /2。 莫爾偏折法測溫的基本原理 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 14 頁 共 32 頁 莫爾偏折法是建立于莫爾效應基礎上的一種光學方法。另一方面，折射率場和光線通過位相物體后的偏折角是密切相關的。設光線沿 z 軸正方向傳播，由幾何分析和理論分析都可以得到光線穿過 非均勻折射率場時偏折的角度為 : dzynndzxnnLyLx????????0011?? (26a) 兩式中的積分均指對于整個光線所穿過得路程的積分，其中 L為探測光束所經(jīng)過的試驗段的長度， x? 和 y? 分別表示光線穿過非均勻折射率場后的偏折角在xz 和 yz 平面內(nèi)的投影 ,n 為介質的折射率。則對 n( x,y,z) 有 yTTnyTRTK M Pyn ??????????? 002 1 ?? (24a) 或ynn TynK M PRTyT ??????????? ?? 0021 (24b) 式（ 2－ 4a）、（ 2－ 4b）表明溫度一階導數(shù)和所測的折射率一階導數(shù)之間有比清華 大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 13 頁 共 32 頁 較簡單的關系，由式（ 22）和式（ 23）可得溫度場 T 與折射率場 n 的關系為 RPnKMT 1?? (25) 在莫爾偏折法中，通過測量莫爾條紋的位移獲得光線經(jīng)過流體的偏折角，從而進一步獲得流體的折射率場 n，再借助于（ 2－ 5）式獲得流體的溫度場 T。 K 值隨氣體的種類的不同而不同，且隨波長略有變化。 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 12 頁 共 32 頁 2 莫爾偏折法測量流體溫度場的基本原理 格拉斯通－戴爾（ GladstoneDale）公式 對于均勻透明介質，根據(jù)經(jīng)典電動力學的知識可以得到它的折射率是介質密度的函數(shù)，用羅倫茨－羅倫茲（ LorenzLorentz）關系式表示為 常數(shù)???111 22nn? （ 21） 其中 ? 是介質密度。 小結 本章首先闡述了云紋干涉法理論上的兩種基本 解釋，對云紋干涉法的實驗系統(tǒng)、光柵技術等進行了介紹，并對目前國內(nèi)外實驗工作者對云紋干涉法在高溫測試領域的應用研究進行了綜述。針對這一問題的具體特點， 等人在試件柵高溫復制技術的基礎上又發(fā)展了復雜結構表面的試件柵復制技術，成功地研究了一系列新型微電子封裝組件的熱應變問題，并使高溫云紋干涉法實驗技術得到更進一步的發(fā)展。八十年代后期以來，微電子封裝技術朝著大規(guī)模、高密度表面安裝的方向迅猛發(fā)展。試件冷卻到室溫，試件柵隨之變形，在室溫下利用云紋干涉法測出這種熱變形。 高溫條件下的光柵復制技術是高溫云紋干涉法的另一重要技術。他應用此工藝在青銅、不銹鋼材料上制作了高溫柵，并且分別進行了 550℃長時間氧化實驗和 750℃短時間氧化實驗。自從 和 于 1991 年提出了在金屬膜表面濕法刻蝕高頻柵制作高溫光柵的想法以來，許多實驗工作者致力于這方面的研究。他在后來還提出了使用鎳網(wǎng)制作振幅型高溫粗柵的方法并把高溫柵的使清華 大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 10 頁 共 32 頁 用溫度提高到 1370 攝氏度。同年， Lytle Johnson 對焊接板的熱應變問題進行了研究。在以后的發(fā)展中，人們不斷改進高溫柵的制作工藝，使高溫柵的制作水平有所提高。 1964 年 鋼板的熱應變進行了測量。 云紋干涉法在高溫領域的研究概況 云紋干涉法應用于高溫條件的關鍵技術在于研制承受高溫的全息云紋光柵以高溫條件下的變形試件柵復制技術。由于機刻的方法不僅費時和昂貴，而且光柵頻率即靈敏度受到限制，因此云紋干涉法中所使用的光柵通常采用光刻的方法，即采用激光全息干涉系統(tǒng)和光致抗蝕劑(即光刻膠 )刻蝕云紋光柵。云紋光柵的制作是云紋干涉法的重要內(nèi)容，也是影響和制約云紋干涉法推廣應用的關鍵技術。另外，利用微型馬達驅動分光光柵，可以方便地實現(xiàn)云紋干涉法的相移技術，以提高測量的靈敏度和精度。通過調節(jié)四個反射鏡的角度，可以改變?nèi)肷涞皆嚰砻娴募す馐鴬A角，從而適用于不同試件柵頻率的測量。該光路結構緊湊，調節(jié)方便，適用于開發(fā)云紋干涉法的測試儀器。該光路的缺點是需要一個大準直鏡和較多的反射鏡，這使得整個光路系統(tǒng)較為龐大、調節(jié)更為煩瑣，而且大準直鏡的加工也很困難。 圖 大準直鏡光路系統(tǒng) 圖 所示的光路利用一個大準直鏡產(chǎn)生一束面積較大的準直光，利用四個反射鏡將其分為四束準直光 (圖中只畫了豎直方向的光束，水平方向也可分 為兩束準直光 )，然后通過另外四個反射鏡將四束準直光反射到試件表面。 圖 三反鏡光路系統(tǒng) 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 6 頁 共 32 頁 圖 所示的光路是在圖 中光路的基礎上增加了兩個反射鏡，從而使得該光路可以同時測量雙方向的位移場。該光路只能測量單方向位移場，而且反射鏡要緊挨試件。下面簡單介紹幾種典型光路及其各自特點。 云紋干涉法實驗方法與技術 云紋干涉法光路系統(tǒng)的基本要求是保證對稱入射到試件柵上兩束等強度的相干準直光。根 據(jù)位移場即可計算出應變場。 如果用波長數(shù) n表示相對光程變化，并考慮到光程與位相之間的關系 ),(2),( yxnyx ???? ??? （ 16） 由此得到 x方向面內(nèi)位移 u的表達式 sXfNu 2? （ 17） 式中， NX是 u場等位移條紋級數(shù)。 0? 可等價于剛體位移產(chǎn)生的均勻位相差。39。39。39。39。39。39。39。39。和 B39。? 其中 a? ,b? 為常數(shù)， a為光波振幅。 ? ?aiaA ?exp39。和 B39。和 B的負一級衍射光波 B39。 云紋干涉法的波前干涉理論 從 1984 年起，戴福隆教授和 等人對云紋干涉法進行了嚴格的理論推導和解釋建立了云紋干涉法的波前干涉理論。 最早對云紋干涉法的解釋為 :對稱于試件柵法向入射的兩束相 干準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，當試件受載變形時，刻制或復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，并提出了類似于幾何云紋的面內(nèi)位移計算公式 : sXX fNfNu 2?? (11) sXX fNfNv 2?? 圖 云紋干涉法的空間虛柵解釋 對這一方法的理論解釋是以傳統(tǒng)的幾何云紋概念為基礎的，對建立有關云紋干涉法的一些基本概念是有幫助的，能夠滿足一般實驗現(xiàn)象及實驗結果處理的要求。后者則從光的波前干涉理論出發(fā)對云紋干涉法進行了嚴格的理論推導和解釋。 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，即基于空間虛柵的解釋與波前干涉理論。隨著科學工程技術發(fā)展的需要，云紋干涉法在解決新材料性能研究、無損檢測、細微觀力學分析、三維變形測量、實時應變場測量、微電子封裝熱變形、高溫材料變形測量以及現(xiàn)場條件下的變形測量等方面提供了極其有效的實驗研究手段，并對材料科學、細觀力學、斷裂力學等相關學科的發(fā)展起到了積極的推動作用。 云紋干涉法是以試件表面的高靈敏度云紋光柵作為變形的傳感元件的，因而高質量的高靈敏度云紋光柵及其復制也成為該 方法推廣應用的關鍵技術。云紋干涉法是八十年代初興起的一種具有非接觸測量、可進行全場和實時分析的高靈敏度大量程的光學測量方法，通常使用頻率為 600~2400 線 /mm 的高密度光柵，其測量位移靈敏度比傳統(tǒng)的云紋法高幾十倍甚至上百倍。 fringes,when the thin wire was heated, was obtained successfully. Furthermore, the temperature distribution around the heated thin wire was finally determined. proposed in this paper is actually applicable to mini/micro scale fluidtemperature measurement. The researches also showed that the three approaches to improve the measurement sensitivity work well. The optical method will be a useful experiment technique for mini/micro scale heat transfer. Key words: Mini/micro scale heat transfer, Moir233。 fringes’ generation. Based on the investigation, it is pointed out how to select appropriate optical parameters to