【正文】 ure 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(guān)鍵詞： 微細(xì)尺度傳熱學(xué)，莫爾偏折 法，傅立葉變換，溫度場(chǎng)測(cè)量 。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。研究了利用莫爾偏折法測(cè)量微細(xì)尺度對(duì)流換熱流體溫度場(chǎng)的基本原理，建立了該方法的幾何光學(xué)和物理光學(xué)模型，分析并掌握了莫 爾條紋的形成規(guī)律，討論了實(shí)驗(yàn)裝置中光學(xué)參數(shù)對(duì)莫爾偏折法測(cè)量溫度的影響，提出了探測(cè)微細(xì)尺度熱流場(chǎng)對(duì)光學(xué)參數(shù)的要求。 提高莫爾偏折法的測(cè)量靈敏度，是解決微細(xì)尺度對(duì)流換熱溫度場(chǎng)測(cè)量的關(guān)鍵。清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 I 頁(yè) 共 III 頁(yè) 云紋干涉法測(cè)量流體溫度場(chǎng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 摘 要 微細(xì)尺度對(duì)流換熱溫度場(chǎng)的光學(xué)測(cè)量技術(shù)是微細(xì)尺度傳熱學(xué)研究領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容，它可以為微細(xì)尺度傳熱學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究提供有效的技術(shù)途徑。本文針對(duì)微細(xì)尺度對(duì)流換熱溫度場(chǎng)的特點(diǎn)，提出了一種可用于微細(xì)尺度對(duì)流換熱溫度場(chǎng)測(cè)量的傅立葉變換莫爾偏折法。本文研究并探索了提高測(cè)量靈敏度的三個(gè)技術(shù)途徑。 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)。 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，本文所提出的測(cè)量微細(xì)尺度對(duì)流換熱溫度場(chǎng)的傅立葉變換莫爾偏折法是可行的，所提出的提高微細(xì)尺度流場(chǎng)測(cè)量靈敏度的三種技術(shù)途徑也是有效的，它將對(duì)微細(xì)尺度傳熱學(xué)的研究提供一種有效的實(shí)驗(yàn)方法。 清華 大學(xué) 20xx 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。 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(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 III 頁(yè) 共 III 頁(yè) 目 錄 1 高溫云紋干涉法基本理論與研究概況 ................................ 4 引言 ........................................................ 4 云紋干涉法的基本原理 ........................................ 4 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(shí)驗(yàn)方法與技術(shù) .................................... 5 雙光束光路系統(tǒng) ......................................... 5 三反鏡光路系統(tǒng) ......................................... 5 大準(zhǔn)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(lǐng)域的研究概況 .............................. 9 小結(jié) ....................................................... 11 2 莫爾偏折法測(cè)量流體溫度場(chǎng)的基本原理 ............................. 12 格拉斯通－戴爾（ GladstoneDale）公式 ....................... 12 非均勻介質(zhì)中光線的傳播 ..................................... 13 莫爾偏折法測(cè)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(jié) ....................................................... 21 3 基于 MATLAB 的圖像仿真得到相位的移動(dòng) ............................ 22 試驗(yàn)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(jié) ....................................................... 27 總結(jié) .............................................................. 28 參考文獻(xiàn) .......................................................... 29 致 謝 ............................................................ 32 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 IV 頁(yè) 共 III 頁(yè) 1 高溫云紋干涉法基本理論與研究概況 引言 近二十年來(lái)，由于激光技術(shù)和近代光學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和推動(dòng)及其在實(shí)驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，產(chǎn)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(yīng)用內(nèi)容的“現(xiàn)代光測(cè)力學(xué)新領(lǐng)域” 。由于云紋干涉法的上述優(yōu)點(diǎn)，它己經(jīng)受到了廣大實(shí)驗(yàn)力學(xué)工作者的日益重視，并被譽(yù)為八十年代以來(lái)實(shí)驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域中的最重要發(fā)展。近十幾年以來(lái)，云紋干涉法的嚴(yán)格理論基礎(chǔ)得到建立，光柵的制作技 術(shù)也己經(jīng)成熟。 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。前者借助了幾何云紋法的基本思想，給云紋干涉法以簡(jiǎn)單描述 。 清華 大學(xué) 20xx 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。但該解釋并沒(méi)有揭示云紋干涉法的物理本質(zhì)，不僅不能正確解釋實(shí)驗(yàn)清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 3 頁(yè) 共 32 頁(yè) 中的某些重要現(xiàn)象，而且也約束了該方法的進(jìn)一步發(fā)展。 圖 云紋干涉法的波前干涉原理圖 如圖 所示，當(dāng)兩束相干準(zhǔn)直光 A、 B以入射角 )arcsin( sf?? ? (? 為光波波長(zhǎng)， fs 為試件柵頻率 )對(duì)稱(chēng)入射試件柵時(shí)，則將獲得沿試件表面法向傳播光波A 的正一級(jí)衍射光波 A39。當(dāng)試件未受力時(shí)， A39。均為平面光波 。 ? (12） ? ?biaB ?exp39。 當(dāng)試件受力變形后，平面光波 A39。變?yōu)楹驮嚰砻嫖灰朴嘘P(guān)的翹曲波 前，其位相也將發(fā)生相應(yīng)的變化，翹曲波前 A39。和 B39。可表示為 : 清華 大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 4 頁(yè) 共 32 頁(yè) ? ?? ?? ?? ?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(fù)一級(jí)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(guān)系 : ? ?? ?? ?? ???????????s inc os12),(s inc os12),(uwyxuwyxba?????? （ 14） 正負(fù)一級(jí)衍射光波通過(guò)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(qiáng)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(duì)光強(qiáng)分布的影響被消除。 類(lèi)似地，采用 y 方向?qū)ΨQ(chēng)入射的雙光束光路可以獲