【正文】 本實(shí)驗(yàn)中，在對(duì)受熱后產(chǎn)生熱變形的試件用CCD采集散斑圖像時(shí)，要求保證試件的受熱狀態(tài)穩(wěn)定，其上各處溫度變化盡可能相同。 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。在可見光及紅外波段可產(chǎn)生多條譜線。由于其可輸出連續(xù)可見光，而且結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在準(zhǔn)直、定位、全息照相、測量、精密計(jì)算、光盤錄放等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 HeNe激光器實(shí)物圖 反射鏡、分束鏡、擴(kuò)束鏡的相關(guān)知識(shí)反射鏡是一種利用反射定理工作的光學(xué)元器件，通過在普通光學(xué)玻璃的背面涂上一層銀薄膜，可以使光學(xué)玻璃形成反射鏡。分束鏡是一種特殊的反射鏡，和反射鏡的成型原理類似，在光學(xué)玻璃表面鍍上一層或多層薄膜，這時(shí)一束激光投射到鍍膜玻璃上后，通過反射和折射，激光就被分為兩束或更多束，這種鍍膜玻璃就叫做分束鏡。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。但是為了保持反射和折射的光束比，實(shí)驗(yàn)要求我們必須保護(hù)好分束鏡的鍍膜，切忌擦傷，損壞半反半透鏡。由激光原理知識(shí)我們可以知道光的發(fā)散角和束腰半徑是激光的兩個(gè)重要參數(shù)，擴(kuò)束鏡的作用就是改變這兩個(gè)參數(shù)，從而改變激光傳播的廣場分布，通常情況下，擴(kuò)束鏡是由一個(gè)凹透鏡和一個(gè)凸透鏡構(gòu)成的。 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)是以電荷作為信號(hào)，而不同于其他大多數(shù)器件是以電流或電壓為信號(hào)，CCD的基本功能是電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移。在一定頻率的時(shí)鐘脈沖的驅(qū)動(dòng)下，CCD的輸出端可以獲得被測對(duì)像的視頻信號(hào)。CCD攝像器件不但具有體積小、重量輕、功耗小、工作電壓低和抗燒毀等優(yōu)點(diǎn)，而且在分辨率、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度、實(shí)時(shí)傳輸和自掃描等方面的優(yōu)越性，也是其它攝像器件無法比擬的。圖像采集卡把CCD傳送過來的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后將其輸入計(jì)算機(jī)，供顯示、存儲(chǔ)和測量工作。輸入的視頻信號(hào)、經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、比例縮放、裁剪等處理，通過PCI總線傳到VGA卡實(shí)時(shí)顯示或傳到計(jì)算機(jī)內(nèi)存實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。：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。 紅外熱像儀 紅外熱像儀是通過非接觸探測紅外能量(熱量)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對(duì)溫度值進(jìn)行計(jì)算的一種檢測設(shè)備。由于近年來的技術(shù)革新，尤其表現(xiàn)在探測器技術(shù)，內(nèi)置可見光照相機(jī)，各種自動(dòng)功能，分析軟件的發(fā)展等等，使得紅外分析解決方案比以往更為經(jīng)濟(jì)有效?；拘阅軈?shù)如下：；幀頻：50/60Hz ；FOV視場：24＂(寬)18＂(高)；空間分辨率：；熱靈敏度： ℃；測量范圍： 40~500℃； 光路結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)采用離面位移測試光路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 所示，由激光器發(fā)出的激光束，經(jīng)過擴(kuò)束鏡形成光斑放大了的激光束，再經(jīng)過半反半透鏡分成兩束光，一束照射到反射鏡再返回，另一束照射到金屬銅試件的表面再返回，兩束返回的光束相互干涉形成干涉條紋，并由CCD接收，通過數(shù)據(jù)采集卡輸入到計(jì)算機(jī)中顯示。因此，直接進(jìn)行高溫?zé)嶙冃螠y量實(shí)驗(yàn)比較困難，為此本實(shí)驗(yàn)決定分為兩個(gè)步驟進(jìn)行：首先搭建系統(tǒng)進(jìn)行散斑干涉法應(yīng)力變形測量實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)干涉條紋移動(dòng)效果比較明顯，目的在于調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)實(shí)驗(yàn)取得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，再利用該系統(tǒng)進(jìn)行散斑干涉法金屬熱變形測量實(shí)驗(yàn)，省時(shí)高效，效果明顯。 散斑干涉法應(yīng)力變形測量實(shí)驗(yàn) 應(yīng)力變形測量實(shí)驗(yàn)就是通過給試件施加壓力使試件發(fā)生位移，從而導(dǎo)致散斑干涉條紋改變的實(shí)驗(yàn)。，先把各個(gè)儀器的中心高度調(diào)至共軸。分別放入擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡，使通過它的被擴(kuò)束的激光變成平行光，平行光束應(yīng)通過放入光路中（分光鏡、被測試件、反光鏡等）部件的中心且平行于平臺(tái)。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(shí)便可以在計(jì)算機(jī)采集圖像的軟件上看到干涉條紋。調(diào)節(jié)反光鏡上的二維調(diào)整架的微調(diào)旋扭，使得到的圖像的干涉圖像最清晰且位于中心位置。隨著螺栓的調(diào)節(jié)，計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)的干涉條紋逐漸增加，且為同心圓環(huán)。打開計(jì)算機(jī)上matlab軟件，采用相減并取絕對(duì)值的算法依次處理采集圖樣，為了得到圖像相關(guān)的條紋圖，具體采用相鄰編號(hào)相減的方法處理，即圖2減去圖1，圖3減去圖2的方式，依此類推。將上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的試件換成同樣大小的另一塊銅板，而將力作用變換為熱作用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。微調(diào)裝置，使計(jì)算機(jī)屏幕上得到最清晰、最完整的散斑圖像，且位于中心位置，這時(shí)采集一張散斑圖并且編號(hào)記錄。每隔5秒進(jìn)行一次散斑圖樣采集，并編號(hào)記錄，同時(shí)運(yùn)用紅外熱像儀對(duì)銅板溫度進(jìn)行測試，并記錄數(shù)據(jù)。這里需要注意在加熱板放置在待測物背后時(shí)，不要馬上進(jìn)行照片記錄，因?yàn)榇藭r(shí)加熱板的與物體的摩擦?xí)斐纱郎y物體表面散斑的劇烈振動(dòng)，變形太大超出測量范圍，待接觸穩(wěn)定后再進(jìn)行采集記錄。 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(duì)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。最后一部分介紹了散斑干涉法應(yīng)力變形測量實(shí)驗(yàn)和散斑干涉法金屬熱變形測量實(shí)驗(yàn)的具體步驟，得到了散斑干涉圖樣，為下一步數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證模型的可行性做好準(zhǔn)備。顯然，要想得到溫度，我們必須知道銅板的初始溫度，初始厚度，激光波長以及金屬銅的膨脹系數(shù)，等溫壓縮系數(shù)和彈性模量。金屬銅的等溫壓縮系數(shù)數(shù)值很小，幾乎不隨溫度的改變而發(fā)生變化，可以看作常量來處理。金屬銅的膨脹系數(shù)，散斑干涉條紋數(shù)，是實(shí)驗(yàn)后期處理的重點(diǎn)，下面分別介紹。通過查閱相關(guān)資料，我們得到一組有關(guān)金屬銅體膨脹系數(shù)隨溫度改變而發(fā)生變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 銅的體膨脹系數(shù)隨溫度變化數(shù)據(jù)溫度（K）3004005006007008009001000（106/K）運(yùn)用matlab數(shù)據(jù)擬合程序處理如下： x=300:100:1000x = 300 400 500 600 700 800 900 1000 y=[,] p1=polyfit(x,y,1)p1 = y1=polyval(p1,x)y1 = p2=polyfit(x,y,2)p2 = y2=polyval(p2,x)y2 = p5=polyfit(x,y,5)p5 = y5=polyval(p5,x)y5 = plot(x,y,39。,x,y1,39。,x,y2,39。,x,y5,39。) 程序擬合曲線由程序結(jié)果可知，采用5次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合時(shí)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合的很好。而且膨脹系數(shù)本身是個(gè)數(shù)量級(jí)很小的參數(shù)，所以我們可以近似把與看作線性關(guān)系處理，其關(guān)系式為： () 散斑干涉條紋數(shù)的處理將實(shí)驗(yàn)采集得到的散斑圖樣，利用matlab程序首先進(jìn)行數(shù)字圖像的相減處理得到包含條紋信息的干涉圖，然后經(jīng)過灰度變換、濾波、二值化、圖像銳化等技術(shù)處理[30]，最終得到清晰的干涉條紋骨架線，很方便的得到散斑干涉條紋數(shù)。至此，實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)全部處理完畢，由于后期處理不是本文負(fù)責(zé)的重點(diǎn)，具體的驗(yàn)證結(jié)果這里不再敘述。本文提出的是基于散斑干涉法的溫度測試技術(shù)，這是一種新型的光學(xué)測溫方法，具有高精度、全場性、非接觸、實(shí)時(shí)性、高靈敏度等特點(diǎn)，是對(duì)溫度測試技術(shù)的全新探討。（2）認(rèn)真學(xué)習(xí)了散斑干涉法測量原理，熱力學(xué)以及彈性力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，通過物體應(yīng)變量將散斑干涉條紋與溫度聯(lián)系起來，建立起測試系統(tǒng)的理論模型，在理論上說明了利用散斑干涉技術(shù)進(jìn)行溫度測試的可行性。（3）搭建了系統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，得到了反應(yīng)溫度信息的散斑干涉條紋圖樣。（4）對(duì)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。隨著光學(xué)精密儀器、圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，散斑干涉技術(shù)在溫度測試方面的優(yōu)勢將會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來，有待進(jìn)一步更深入的研究。王老師在我做畢業(yè)論文的每個(gè)階段都給予了悉心指導(dǎo)，提出了很多寶貴意見。在本論文的構(gòu)思、查詢資料以及實(shí)驗(yàn)過程中，師姐給予了我很大幫助。同時(shí)，也衷心感謝在完成論文過程中給予我?guī)椭睦蠋?、同學(xué)，感謝他們對(duì)我無私的關(guān)心和幫助，是他們的支持使我能夠順利完成論文。最后，謹(jǐn)向百忙中抽出寶貴時(shí)間評(píng)審論文的各位老師致以誠摯的謝意!第 34 頁 共 34 頁