【正文】 measure the teperature of mini/micro scale fluid. To verify the optical method, temperature distribution for natural convection around a vertical heated thin wire was measured by Fourier Transform Moir233。 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。 關鍵詞： 微細尺度傳熱學，莫爾偏折法，傅立葉變換，溫度場測量 。實驗中不僅順利地探測到了細絲加熱前后莫爾條紋的變化，還得到了細絲周圍流場的溫度分布。研究了利用莫爾偏折法測量微細尺度對流換熱流體溫度場的基本原理，建立了該方法的幾何光學和物理光學模型，分析并掌握了莫爾條紋的形成規(guī)律，討論了實驗裝置中光學參數(shù) 對莫爾偏折法測量溫度的影響，提出了探測微細尺度熱流場對光學參數(shù)的要求。 提高莫爾偏折法的測量靈敏度，是解決微細尺度對流換熱溫度場測量的關鍵。清華 大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 I 頁 共 III 頁 摘 要 微細尺度對流換熱溫度場的光學測量技術是微細尺度傳熱學研究領域的重要研究內容，它可以為微細尺度傳熱學的實驗研究提供有效的技術途徑。本文針對微細尺度對流換熱溫度場的特點，提出了一種可用于微細尺度對流換熱溫度場測量的傅立葉變換莫爾偏折法。本文研究并探索了提高測量靈敏度的三個技術途徑。 最后，本文進行了實驗驗證，利用傅立葉變換莫爾偏折法測量了豎直加熱細絲自然對流溫度場。 實驗驗證表明，本文所提出的測量微細尺度對流換熱溫度場的傅立葉變換莫爾偏折法是可行的，所提出的提高微細尺度流場測量靈敏度的三種技術途徑也是有效的，它將對微細尺度傳熱學的研究提供一種有效的實驗方法。 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 II 頁 共 III 頁 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。 Deflectometry are investigated to make clear the rule of Moir233。 Deflectometry. The small phase variation in moir233。 Deflectometry, Fourier transform, Temperature measurement 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 III 頁 共 III 頁 目 錄 1 高溫云紋干涉法基本理論與研究概況 ................................ 1 引言 ........................................................ 1 云紋干涉法的基本原理 ........................................ 1 基于空間虛柵概念的解釋 ................................. 2 云紋干涉法的波前干涉理論 ............................... 3 云紋干涉法實驗方法與技術 .................................... 5 雙光束光路系統(tǒng) ......................................... 5 三反鏡光路系統(tǒng) ......................................... 5 大準直鏡光路系統(tǒng) ....................................... 6 光柵分光光路系統(tǒng) ....................................... 7 云紋干涉法在高溫領域的研究概況 .............................. 9 小結 ....................................................... 11 2 莫爾偏折法測量流體溫度場的基本原理 ............................. 12 格拉斯通－戴爾（ GladstoneDale）公式 ....................... 12 非均勻介質中光線的傳播 ..................................... 13 莫爾偏折法測溫的基本原理 ................................... 13 傅立葉變換求取莫爾條紋相位的基本原理 ....................... 18 小結 ....................................................... 21 3 基于 MATLAB 的圖像仿真得到相位的移動 ............................ 22 試驗系統(tǒng)及其基本工作原理 ................................... 22 基于 MATLAB 的圖像處理以獲得相位變化 ........................ 22 總結 ....................................................... 27 總結 .............................................................. 28 參考文獻 .......................................................... 29 致 謝 ............................................................ 32 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 共 32 頁 1 高溫云紋干涉法基本理論與研究概況 引言 近二十年來，由于激光技術和近代光學和計算機技術的發(fā)展和推動及其在實驗力學領域中的應用，產生了以全息干涉 法、散斑干涉法、云紋干涉法和數(shù)字圖象處理為主要研究和應用內容的“現(xiàn)代光測力學新領域”。由于云紋干涉法的上述優(yōu)點，它己經(jīng)受到了廣大實驗力學工作者的日益重視，并被譽為八十年代以來實驗力學領域中的最重要發(fā)展。近十幾年以來，云紋干涉法的嚴格理論基礎得到建立，光柵的制作技術也己經(jīng)成熟。 本文主要工作著重于云紋干涉法測流體溫度場， 理解 莫爾條紋的形成原理和莫爾條紋干涉法測量溫度的原理 后，對比不同的云紋干涉法應用實例，選擇 了激光云紋法實驗裝置，對云紋干涉法測流體溫度場的理論進行了仿真說明。前者借助了幾何云紋法的基本思想，給云紋干涉法以簡單描述 。 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 2 頁 共 32 頁 基于空間虛柵概念的解釋 最常見的云紋干涉法光路是由云紋干涉法的創(chuàng)始人 倡導的雙光束對稱入射試件柵光路，如圖 所示。但該解釋并沒有揭示云紋干涉法的物理本質，不僅不能正確解釋實驗清華 大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 3 頁 共 32 頁 中的某些重要現(xiàn)象，而且也約束了 該方法的進一步發(fā)展。 圖 云紋干涉法的波前干涉原理圖 如圖 所示，當兩束相干準直光 A、 B以入射角 )arcsin( sf?? ? (? 為光波波長， fs 為試件柵頻率 )對稱入射試件柵時，則將獲得沿試件表面法向傳播光波A的正一級衍射光波 A39。當試件未受力時， A39。均為平面光波。 ? (12） ? ?biaB ?exp39。 當試件受力變形后，平面光波 A39。變?yōu)楹驮嚰砻嫖灰朴嘘P的翹曲波 前，其位相也將發(fā)生相應的變化，翹曲波前 A39。和 B39?？杀硎緸?: 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 4 頁 共 32 頁 ? ?? ?? ?? ?yxiaB yxiaA bb aa ,(ex p ,(ex p39。1 39。1 ?? ?? ?? ?? （ 13） 其中 ),( yxa? ， ),( yxb? 分別為變形引起的正負一級衍射光波的位相變化，它們與試件表面 x方向的位移 u 和 z 方向的位移 w 有如下關系 : ? ?? ?? ?? ???????????s inc os12),(s inc os12),(uwyxuwyxba?????? （ 14） 正負一級衍射光波通過成像系統(tǒng)后，在照相底版平面上發(fā)生干涉，底版所記錄的光強分布為 : ? ?? ? ? ?? ?? ?yxaBABAI ,c o s12 02.39。139。139。139。1 ?? ?????? （ 15） 其中 ba ??? ??0 為常數(shù)， ?????? s in4),(),(),( uyxyxyxba ???。 z方向的位移 w對光強分布的影響被消除。