高溫云紋干涉法測量流體溫度場的研究畢業(yè)論文-閱讀頁
2025-07-12 16:58本頁面
【正文】 圖 22對一級亮紋的序數(shù)方程分析 利用光束偏折產(chǎn)生莫爾條紋位移來進行流體溫度場測量的方法稱為莫爾偏折法。圖 23 莫爾偏折法原理圖中 G1,G2為兩個等節(jié)距光柵，光柵節(jié)距為 p ，兩個光柵之間的距離為d。光線透過被測非均勻介質(zhì)后，光線的傳播方向?qū)⑵x原來傳播方向的角度為。當(dāng)d 滿足 Talbot 距離時，會在光柵 G2處產(chǎn)生光柵G1的 Talbot 像，此時將會產(chǎn)生莫爾條紋。這時光柵的序數(shù)方程為 (212) (213)利用近似，解(212) (213)得 （214）考慮到，上式簡化為 （215）當(dāng)光線沒有通過位相物體時，由（2－10）式 x = lp/θ與（2－15）聯(lián)立得莫爾條紋位移為 (216)偏折角在 xz 軸平面的投影對莫爾條紋位移的貢獻不大。 而條紋位移量 h ( x,y)和條紋的相位變化 之間的關(guān)系為 (217)聯(lián)合（216），（217）得 （218）、p39。莫爾偏折法測量微細尺度對流換熱流體溫度場的數(shù)據(jù)處理過程框圖如圖 28所示。現(xiàn)在待解決的問題就是如何得到莫爾條紋的相位變化。本文采用對莫爾條紋強度分布傅立葉變換的方法來獲取條紋的相位信息。利用恒等式可以將條紋光強分布式（219）改寫為： （220）其中，是的共軛復(fù)數(shù)。 如前所述，,對條紋空間分布的影響均小于f0對條紋的調(diào)制，所以(221)式所表征的傅立葉頻譜將有三個頻帶,如圖所示。所以莫爾條紋的相位分布的表達式為 (225) 在光線不通過待測介質(zhì)，沒有受到擾動時，形成的莫爾條紋存在著一個初始相位值，因此在計算由流場變化引起的真實相位變化時，應(yīng)將光線通過流場擾動后的相位減去沒有通過流場擾動時的初始相位,以得到流場對光線擾動引起的莫爾條紋相位的變化。由（2－18）式可知，光束偏折角與莫爾條紋相位變化之間的關(guān)系為，其中是（228）式中的復(fù)數(shù)的復(fù)角。本章分析了莫爾偏折法測量流體溫度場的基本原理，基于格拉德斯通－戴爾（Gladstone－Dale）公式和理想氣體狀態(tài)方程的莫爾條紋相位－折射率和折射率－溫度場的關(guān)系。表明莫爾偏折法對光線偏折角具有很好的放大作用，也證明了莫爾偏折法測量流體溫度場的可行性。3 基于MATLAB的圖像仿真得到相位的移動實驗所需光路如31所示，激光器1發(fā)出一束激光經(jīng)平面鏡反射射入擴束鏡3，經(jīng)擴束準(zhǔn)直后產(chǎn)生平行的光束區(qū)域46，平行光經(jīng)過兩個等樣光柵（兩光柵成一個很小的角度）最后由成像透鏡7成像，在光瀾8上會形成均勻的明暗條紋，及莫爾條紋。利用CCD采集前后的圖樣，經(jīng)過圖像處理就可以簡單得到條紋的相位變化曲線，再由第二章提到的推導(dǎo)過程就可以得到待測區(qū)域溫度的變化，從而測得物體的溫度。向待測介質(zhì)5處放入一塊高溫銅絲，待熱平衡后。=125時，莫爾條紋的相位變化最大，并取Y=。表1亮條紋和相關(guān)相位移動統(tǒng)計條紋數(shù)1213141516171819x111122133143152162173182x39。由又第二章的理論基礎(chǔ)上再現(xiàn)了溫度場T(x,y)的推倒過程。又采用逐個取點的方法擬合出某一條線上的位移變化h(x,y),利用格拉德斯通－戴爾（Gladstone－Dale）公式和理想氣體狀態(tài)方程的莫爾條紋相位－折射率和折射率－溫度場的關(guān)系得到待測溫度場T(x,y).該推導(dǎo)過程也證明了用摩爾偏折法測量流體溫度場的可行性。莫爾偏折法利用光線穿過兩個等節(jié)距的光柵產(chǎn)生莫爾條紋的原理，由莫爾條紋的位移量來計算光線穿過熱流體時產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角，從而獲得流體的折射率變化，由此可獲得流體的溫度場分布。1. 研究并建立了莫爾偏折法測量微細尺度流體溫度場的物理模型，分析了測量技術(shù)的基本原理2. 提出了適用于微細尺度流體溫度場測量的傅立葉變換莫爾偏折法的圖像處理技術(shù)。3. 利用matlab軟件處理云紋圖像，得到了莫爾條紋的纖相位變化，并用此相位變化推導(dǎo)出溫度場的變化，證明了該實驗原理的可行性。 deflectometry. Applied Optics, 1981, 20(24):42634266[21] 王鳴，鐘金剛，李達成 . 次條紋積分解調(diào)相位的表面輪廓術(shù) . 光學(xué)學(xué)報， 1997,17(19):14621465[22] 王鳴. 條紋相位的測量技術(shù)及其應(yīng)用的研究：[博士學(xué)位論文] . 北京：清華大學(xué)精密儀器與機械學(xué)系，1998[23] 王鳴. 次條紋積分干涉計量. 光學(xué)學(xué)報，1995, 15(12):16011606[24] 王伯雄，葉茂. 傅里葉變換在莫爾測偏法中的應(yīng)用. 儀器儀表學(xué)報，, , 1999，313316[25]Qian Liu, Ryoji Ohba. Effects of unparallel grating planes in Talbot OPTICS, , , July 1999, 41114116[26]Qian Liu, Ryoji Ohba. Effects of unparallel grating planes in Talbot Interferometry. OPTICS, , , May 2000, 20842090致 謝本論文的工作是在我的指導(dǎo)老師王老師的悉心指導(dǎo)下完成的，王老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響。在大學(xué)的四年生活和學(xué)習(xí)中，我收獲很多。在廣大同學(xué)的大力幫助下，我順利的完成我的畢業(yè)設(shè)計和論文寫作工作，在此我向他們表示誠摯的謝意。由于作者水平有限，加之實驗條件的限制，論文中的不足或錯誤之處懇請各位老師和同
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