云紋干涉法測(cè)量流體溫度場(chǎng)畢業(yè)論文-文庫(kù)吧資料
2025-06-28 05:59本頁(yè)面
【正文】 由第二章中的公式 （25）， （26）即可由偏折角曲線(xiàn)推出溫度場(chǎng)T(x,y) 待測(cè)區(qū)域溫度場(chǎng),這是待測(cè)溫度場(chǎng)中最高溫度，可大致認(rèn)為這就是放入的高溫銅絲的溫度， 小結(jié)本章先介紹實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖且對(duì)其工作原理做了簡(jiǎn)單介紹。.a=A(125,:)=125時(shí)光強(qiáng)分布b=B(125,:)，光強(qiáng)中部比較小，而是變得密集了，這也能表明條紋的相位向兩邊偏折了。并且條紋的偏折隨著和該條文的距離的贈(zèng)大而遞減。圖31 試驗(yàn)系統(tǒng)圖由CCD測(cè)得變溫前后莫爾條紋圖（CCD鏡頭采用256*256um的分辨率）。當(dāng)在待測(cè)試介質(zhì)5處放入一個(gè)高溫物體或點(diǎn)燃一個(gè)火焰，由標(biāo)準(zhǔn)空氣狀態(tài)方程可知5處的空氣就會(huì)因溫度變化而導(dǎo)致空氣密度發(fā)生變化，使得光線(xiàn)發(fā)生微小偏折，光闌上的莫爾條紋也會(huì)發(fā)生相位變化。本章也詳細(xì)說(shuō)明了傅立葉變換求取莫爾條紋相位的基本原理，具體如何得到條紋的相位值的推導(dǎo)過(guò)程。借助于測(cè)量莫爾條紋的相位來(lái)獲得條紋位移量，再由位移量來(lái)獲得光線(xiàn)通過(guò)熱流體溫度場(chǎng)后的光線(xiàn)偏折角，進(jìn)而得到流體的溫度場(chǎng)分布。由此可得 （229） 借助于（229）式，利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，便可以從實(shí)驗(yàn)中的莫爾條紋圖像確定條紋的相位值，再利用（218）式，確定光束通過(guò)熱流體溫度場(chǎng)后的偏折角，由此進(jìn)一步確定流體溫度場(chǎng)T。無(wú)流場(chǎng)擾動(dòng)時(shí)的莫爾條紋的分布函數(shù)為： （226）對(duì)上式傅立葉變換、濾波、傅立葉逆變換，得到 （227）將（227）式乘以（221）式的共軛得 （228）令，才是實(shí)驗(yàn)中能反映光線(xiàn)偏折角的相位分布。通過(guò)帶通濾波濾去和只保留下并對(duì)進(jìn)行傅立葉逆變換可以得到 (222)圖25 莫爾條紋的空間頻譜通過(guò)恒等變形得到 （223）由（223）式得 (224)其中和分別表示對(duì)復(fù)數(shù)取虛部和實(shí)部。對(duì)式（220）進(jìn)行傅里葉變換(固定 y，對(duì) x 坐標(biāo)做一維傅立葉變換)，可得 (221)其中各大寫(xiě)字母表示傅立葉頻譜分布函數(shù)，f為x方向的空間頻率。莫爾條紋圖案光強(qiáng)分布滿(mǎn)足如下關(guān)系： （219）其中為相位，包含了待測(cè)試的有用信息；和是由于背景輻射、不均勻反射和傳播引起的噪聲信息參數(shù)；是干涉條紋在空間周期性變化的基頻，它對(duì)條紋的影響要大于和。莫爾偏折法圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容為從莫爾條紋的光學(xué)圖像中如何提取條紋的相位信息。圖 24莫爾偏折法測(cè)溫框圖，由莫爾條紋的相位變化得到光線(xiàn)偏折角，進(jìn)而求出流體的折射率場(chǎng)，最后求的溫度場(chǎng)的變化，由得到待求溫度。、d 都是已知常數(shù)，從而只要求得莫爾條紋得相位分布( x,y)，就可以得到光線(xiàn)偏折角，進(jìn)而得到介質(zhì)得折射率場(chǎng)，最終得到流體溫度場(chǎng)。 綜上可知，在圖 2－2 所示的坐標(biāo)系中，條紋垂直于 x 軸，光線(xiàn)受擾后條紋位移沿著 x 軸方向，偏折角在 yz 平面的投影決定了條紋的位移量 h ( x,y)。如果光線(xiàn)穿過(guò)被測(cè)介質(zhì)后通過(guò)光柵，由于光線(xiàn)的偏折會(huì)使莫爾條紋產(chǎn)生位移。在 yz 平面和xz 平面的投影分別為和。在 x y平面內(nèi)，光柵G1,G2與x軸交角分別為 +θ/2和θ/2。莫爾偏折法測(cè)溫的基本原理如圖 23所示。從而可知，（2－10）式是對(duì)莫爾條紋的亮紋位置的描寫(xiě)，它反映了條紋的位置x和條紋的級(jí)次l之間的關(guān)系。簡(jiǎn)單的幾何分析即可得 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: (29)實(shí)驗(yàn)中θ角很小，從而我們有以下近似： (210) 一級(jí)亮紋對(duì)應(yīng)于l=mk=1。圖 21為莫爾條紋產(chǎn)生機(jī)理的示意圖，圖中兩個(gè)光柵 G1和 G2的節(jié)距均為 p，它們與 x 軸的夾角均為θ/2。 莫爾偏折法是建立于莫爾效應(yīng)基礎(chǔ)上的一種光學(xué)方法。另一方面，折射率場(chǎng)和光線(xiàn)通過(guò)位相物體后的偏折角是密切相關(guān)的。設(shè)光線(xiàn)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(xiàn)穿過(guò)非均勻折射率場(chǎng)時(shí)偏折的角度為: (26a) 兩式中的積分均指對(duì)于整個(gè)光線(xiàn)所穿過(guò)得路程的積分，其中L為探測(cè)光束所經(jīng)過(guò)的試驗(yàn)段的長(zhǎng)度，和分別表示光線(xiàn)穿過(guò)非均勻折射率場(chǎng)后的偏折角在xz和yz平面內(nèi)的投影,n為介質(zhì)的折射率。則對(duì) n( x,y,z)有 (24a) 或 (24b) 式（2－4a）、（2－4b）表明溫度一階導(dǎo)數(shù)和所測(cè)的折射率一階導(dǎo)數(shù)之間有比較簡(jiǎn)單的關(guān)系，由式（22）和式（23）可得溫度場(chǎng) T 與折射率場(chǎng) n 的關(guān)系為 (25) 在莫爾偏折法中，通過(guò)測(cè)量莫爾條紋的位移獲得光線(xiàn)經(jīng)過(guò)流體的偏折角，從而進(jìn)一步獲得流體的折射率場(chǎng) n，再借助于（2－5）式獲得流體的溫度場(chǎng) T。K值隨氣體的種類(lèi)的不同而不同，且隨波長(zhǎng)略有變化。2 莫爾偏折法測(cè)量流體溫度場(chǎng)的基本原理－戴爾（GladstoneDale）公式 對(duì)于均勻透明介質(zhì)，根據(jù)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的知識(shí)可以得到它的折射率是介質(zhì)密度的函數(shù)，用羅倫茨－羅倫茲（LorenzLorentz）關(guān)系式表示為 （21）其中是介質(zhì)密度。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。針對(duì)這一
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