1、.第一章緒論1.1 研究目的和意義在工程實際中，由于工件和設(shè)備的各種運動，使得設(shè)備之間產(chǎn)生了許多非穩(wěn)態(tài)導熱現(xiàn)象。熱力設(shè)備的啟動，停機，變工況，突然冷卻等，使設(shè)備產(chǎn)生了瞬態(tài)高溫。若瞬態(tài)溫度太高，則會由于過大的熱應(yīng)力而損壞部件，因此對瞬時溫度的檢測和控制變得極其重要。傳統(tǒng)的溫度探測器多是使用熱-電的方法，而由熱到電的過程需引入電阻、電感、電容等元件，這樣溫度的產(chǎn)生和探測之間會產(chǎn)生時間延遲，并且引入電路的過程可能會導致原溫度場頻率發(fā)生變化，同時一些機械的探測需要無接觸性探測。另外，在很多情況下，當溫度達到，甚至超過一定極限時，傳統(tǒng)的溫度傳感器會失去探測能力。因此，傳統(tǒng)的溫度傳感器遇到了很大的挑戰(zhàn)，實

2、現(xiàn)瞬態(tài)高溫的實時、非接觸性檢測具有重大的意義。散斑干涉測量技術(shù)是60年代末由J. M.Burch 和J. T. To kardki首先提出的一種光學測量技術(shù), 具有非接觸、測量精度高、對環(huán)境的防震要求低、可在明光下操作、能進行全場測量等特點, 因而廣泛應(yīng)用于光學粗糙表面的變形測量和無損檢測。隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展, 形成了電子散斑干涉測量技術(shù)( electronic speckle pattern interferometry, 簡稱ESPI)，它具有實時處理信息、實時顯示干涉條紋、快速方便、對工作環(huán)境的防震要求低并可以實現(xiàn)條紋自動化測量等優(yōu)點。另外由散斑干涉模型可以

3、知道，溫度與彈性模量，等溫壓縮系數(shù)，體脹系數(shù)等有關(guān)系，而彈性模量等的測量時一個復雜的過程，如果本系統(tǒng)能非常完美地解決高溫的測試，那么我們可以將本實驗擴展為對彈性模量，等溫壓縮系數(shù)和體膨脹系數(shù)的測量，即本系統(tǒng)對其它物理量的研究也有重要意義。本文在充分利用ESPI優(yōu)點的基礎(chǔ)上，應(yīng)用CCD通過圖像采集卡把散斑圖像變成一種完全數(shù)字化的圖像，并且借助于計算機程序?qū)ψ冃位蛭灰魄昂笊邎D求相關(guān)運算而實現(xiàn)計量。這樣，本系統(tǒng)即擺脫了傳統(tǒng)高溫測量的不足，又實現(xiàn)了高溫測試的進一步的創(chuàng)新。1.2 瞬態(tài)高溫測試技術(shù)和數(shù)字散斑測試技術(shù)的研究現(xiàn)狀1.2.1瞬態(tài)高溫測試技術(shù)的研究現(xiàn)狀對于瞬態(tài)高溫探測方法的研究很多，其研究行業(yè)

4、涉及廣泛。尤其是涉及建筑學科和材料學科等相關(guān)領(lǐng)域，瞬態(tài)高溫的研究更是層出不窮。但是，對于瞬態(tài)高溫研究的力度仍然呈現(xiàn)不足，究其本源，對于瞬態(tài)高溫的定量分析還缺乏更有力的理論依據(jù)，局部的仿真只針對個別的現(xiàn)狀進行了粗略的討論。綜合過去一些專家的研究，現(xiàn)將他們的一些研究成果列舉如下：1、溫度的變化與輻射時間和輻射位移有關(guān)，一些學者立足于此提出了藍寶石光纖黑體腔溫度傳感器外推測量高溫的新方法。他們通過建立瞬態(tài)加熱傳熱模型，利用幾何條件、物性條件、時間條件和邊界條件得出了溫度關(guān)于時間和傳熱距離的函數(shù)，并用Ansys軟件模擬現(xiàn)場得出了瞬態(tài)高溫探測的準確性。2、由輻射定理可知，溫度的變化會放出大量熱，其具體體

5、現(xiàn)是大量的熱會產(chǎn)生紅外輻射。基于此，部分學者提出了遠紅外測溫技術(shù)。此技術(shù)具有不接觸、 不停運、 不取樣、 不解體，被動式檢測， 簡單方便等優(yōu)點。由于溫度的不同，發(fā)射出的波段不同，通過分析波譜，既而可以判斷出溫度的情況。3、測溫不僅限于利用波長這一方法，比較成熟的研究中還有對亮度的使用。傳統(tǒng)的探測器件和感光亮度的材料同樣為測溫研究做出了貢獻。電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展使得測溫技術(shù)更加智能化、自動化。一些學者利用物聯(lián)網(wǎng)、單片機、傳感器等手段測溫，大大推進了測溫技術(shù)的改革。1.2.2 數(shù)字散斑測試技術(shù)的研究現(xiàn)狀散斑現(xiàn)象很早就被科學家們發(fā)現(xiàn)，由于散斑影響了全息圖質(zhì)量，散斑現(xiàn)象一直以來被人們當作噪聲。尤

6、其是激光散斑的特殊性，更激發(fā)了人們對消除散斑的研究。而后來，人們發(fā)現(xiàn)散斑和激光一樣，同樣是信息的載體，于是散斑測試技術(shù)得以飛速地發(fā)展。回顧散斑測試技術(shù)的發(fā)展，大概分為四大階段，他們分別為：散斑照相法階段，散斑干涉技術(shù)階段，電子散斑干涉技術(shù)階段（ESPI），數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)階段(DSPI)。按照時間順序，我們把數(shù)字散斑技術(shù)的發(fā)展歷史列舉如下：1914年，人們發(fā)現(xiàn)散斑現(xiàn)象；1960年，為了克服全息干涉技術(shù)的噪聲，人們開始研究怎么消除散斑；1966年人們開始把散斑引入測量領(lǐng)域；1968年人們開始提出散斑照相術(shù)；1969年人們提出了散斑相關(guān)干涉計量術(shù)和剪切散斑干涉術(shù)；1971年人們提出電子散斑干涉術(shù)；

7、20世紀80年代初，隨著視頻記錄和計算機圖像處理技術(shù)的引入,數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)誕生，數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)得到了很廣泛的應(yīng)用。國外對數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)的研究起步早，他們對燃燒學和熱物理學做出了很優(yōu)秀的檢測，把理論上的無損檢測落實到了實際生活中，提高了測量的精確度，從更為微觀的應(yīng)變上著手，配合光學的高精密度，真正實現(xiàn)了精密測量。在國內(nèi)，由于中國在此方面起步晚，數(shù)字散斑測量技術(shù)的發(fā)展要落后一些。但總體來說，數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)已實現(xiàn)了航天、醫(yī)學、生物學等多領(lǐng)域的應(yīng)用，數(shù)字散斑測溫技術(shù)的研究仍是當前較為前沿的科學。1.3本文所要解決的問題和內(nèi)容安排本系統(tǒng)是基于數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)的瞬態(tài)高溫測試方案，其測試原理為：瞬間

8、高溫引起試件形變，高速CCD相機拍攝出試件形變的散斑干涉條紋，通過散斑干涉條紋這個直觀的數(shù)據(jù)，可以間接測出試件表面產(chǎn)生的高溫是多少，從而完成系統(tǒng)設(shè)計的目地。為此，從整體上，本系統(tǒng)需要重點處理三個問題：（1）建立高溫應(yīng)變-溫度模型，（2）選擇數(shù)字散斑測量理論，并找出應(yīng)變與條紋數(shù)之間的關(guān)系，（3）搭建實驗系統(tǒng)平臺，通過實驗收集相關(guān)數(shù)據(jù)，著重檢驗本系統(tǒng)的精確性、可靠性。為了解決上述問題，本文將按以下內(nèi)容闡述本系統(tǒng)：首先，本文要介紹數(shù)字散斑高溫測試的理論和建模過程，數(shù)字散斑高溫測試涉及材料學，熱力學，光學，統(tǒng)計學，是一個復雜的學科綜合，正確處理各物理量是本文的重要內(nèi)容。其次，本文涉及實驗，選擇實驗方法

9、、搭建實驗系統(tǒng)、收集實驗數(shù)據(jù)以及實驗數(shù)據(jù)的仿真是本文所要描述的內(nèi)容。最后本文要介紹通過實驗數(shù)據(jù)的后期處理，并簡單闡述本系統(tǒng)的優(yōu)點與不足，為瞬態(tài)高溫的研究做進一步探究。1.4本章小結(jié)本章第一節(jié)通過比較傳統(tǒng)測溫和數(shù)字散斑測溫的區(qū)別說明了數(shù)字散斑測溫的優(yōu)勢，又從散斑干涉模型的推廣，進一步闡述了數(shù)字散斑測溫的重要意義。第二節(jié)代表性地列舉了目前測溫的主要幾種方法，并按時間為主線，介紹了數(shù)字散斑干涉的發(fā)展歷程。第三節(jié)，簡單地介紹了本文要解決的問題和內(nèi)容分布情況。第二章數(shù)字散斑瞬態(tài)高溫測試模型的建立2.1散斑和干涉的基本理論數(shù)字散斑測試是在全息成像的對立基礎(chǔ)上受到啟發(fā)而創(chuàng)立的一門測試技術(shù)。其緣由是在全息成像

10、過程中，由于散斑干涉使得全息圖像的干涉條紋受到干擾，故而需要尋找方法消除散斑干擾，而后來，人們發(fā)現(xiàn)在這種干擾的背后，攜帶了大量可利用信息。由此基于散斑干涉的系統(tǒng)得以發(fā)展，故而，在建立散斑干涉測試模型之前，我們，必須簡單回顧一下散斑及其干涉的一些基本理論。2.1.1什么是散斑當激光照射在墻壁、紙張、毛玻璃等這些平均起伏大于波長數(shù)量級的光學粗糙表面（或透過光學粗糙的透射板）上時，這些表面上無規(guī)則分布的面元散射的子波相互疊加使反射光場（或透射光場）具有隨機的空間光強分布，呈現(xiàn)出顆粒狀的結(jié)構(gòu)，這就是散斑。散斑是在相干照明的情況下在漫射式的反射或透射表面觀察到的隨機分布的具有“閃爍”顆粒狀外貌的微小光斑

11、，有亮散斑和暗散斑之分。本文所指的散斑，為激光產(chǎn)生的散斑，激光的高相干性使散斑現(xiàn)象顯而易見。實際上，散斑就是來自粗糙表面不同面積元的光波之間的自身干涉現(xiàn)象，因而它也是粗糙表面的某些信息的攜帶者。借助于散斑不僅可以研究粗糙表面本身，而且還可以研究其位置及形狀的變化。由散斑的成因可知，物體表面的性質(zhì)和照明光場的相干性對散斑都有著決定性的影響。按物體表面的性質(zhì)可以將散斑分成強散射屏產(chǎn)生的正態(tài)散斑和弱散射屏產(chǎn)生非正態(tài)散斑；按照明光場的相干性可以將散斑分成完全相干散斑和部分相干散斑。同時按照光場的傳播方式，將散斑場分為遠場散斑(與夫瑯和費衍射對應(yīng))、近場散斑(與菲涅爾衍射對應(yīng))和像面散斑三種類型。按觀察

12、條件將散斑分成主觀散斑與客觀散斑兩種類型。當用激光照明時，光學系統(tǒng)形成被照明表面的像，并且像與物的強度有類似的隨機分布，這就被稱為“主觀散斑”；當用激光照明粗糙表面時，其散射光的強度隨位置的不同而隨機變化，這就被稱為“客觀散斑”。前者實質(zhì)上是像面散斑，后者則是通過自由空間傳播形成的近場散斑和遠場散斑。本系統(tǒng)的散斑是像面散斑，屬于主觀散斑。2.1.2 光的干涉光的干涉屬于波動學理論，故光波與其它波一樣，在空間傳播時都遵從獨立傳播定理，在疊加區(qū)引起的光振動需滿足光的疊加原理。先假設(shè)有兩列光波，在空間某一疊加區(qū)疊加，且兩列波之間的夾角為，考慮一般情況，可設(shè)（1）且，。兩列波經(jīng)疊加后總光強為（2）當時

13、間固定后，其中，（2）式中第三項即為干涉項，因此，系統(tǒng)產(chǎn)生干涉與否，由第三項決定。由上述式子我們可知，只有當相等， ，固定時才可能產(chǎn)生干涉，這就要求我們構(gòu)建系統(tǒng)時需要考慮三個條件。第一條就是散斑干涉的光源必須是單色光源，其次是兩列相干光要盡量平行，盡量減小的值，會使散斑干涉明顯一些，最后就是兩列光波的初相位之差要固定，即產(chǎn)生干涉要求兩列波波形穩(wěn)定。2.2應(yīng)變-溫度模型的建立由測試原理可知，要解決散斑測試的問題，必須弄清溫度與應(yīng)變之間的聯(lián)系，溫度與應(yīng)變的聯(lián)系同時與熱學和力學相關(guān)，下面我們將從熱學和力學兩個方面為應(yīng)變和溫度建立關(guān)系式。2.2.1固體物態(tài)方程的描述在熱力學中，我們將與外界有能量交換但

14、沒有物質(zhì)交換的系統(tǒng)稱為封閉系統(tǒng)。如果封閉系統(tǒng)經(jīng)過足夠長的時間后，系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)在一定時間內(nèi)不發(fā)生任何變化，我們稱之為熱力學平衡。在本系統(tǒng)中，因為所測試件通常為金屬固體，其只吸收能量無物質(zhì)交換，故我們我們可以認為該試件內(nèi)部屬于封閉系統(tǒng)。在試件的一端加熱后，一段時間內(nèi)試件會膨脹，試件膨脹的整個狀態(tài)是不穩(wěn)定的，但就某一有限時刻來說，試件可以看成固體的熱力學平衡狀態(tài)。溫度是衡量熱力學平衡狀態(tài)的一個指標。在本系統(tǒng)中，我們欲將溫度這個變量轉(zhuǎn)化成其他變量，有一個思路可以嘗試，那就是建立物態(tài)方程。所謂物態(tài)方程，就是溫度與其他幾何參量、力學參量、化學參量和電磁參量之間的函數(shù)關(guān)系方程式。對于溫度轉(zhuǎn)化應(yīng)變模型而

15、言，只考慮物體體積和壓強兩個狀態(tài)參量的簡單系統(tǒng)是遠遠不夠的。但簡單系統(tǒng)的物態(tài)方程是最實用的方程，這是研究物態(tài)變化的基礎(chǔ)。在介紹物態(tài)方程之前，本文需定義以下概念：體脹系數(shù)，在給出壓強保持不變的情況下，溫度升高1K所引起的物體體積的相對變化，即為：（3）等溫壓縮系數(shù),在給出溫度保持不變的情況下，增加單位壓強所引起的物體體積的相對變化，即為：（4）其中V表示體積，p表示壓強，T表示溫度拋開氣體物態(tài)方程，對于簡單固體，可以通過實驗的方法測得體脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)。通過查閱文獻可知，固體的膨脹系數(shù)是溫度的函數(shù)，與壓強近似無關(guān)，其后期的計算我們將會重新提到這一點，在這里我們將上訴兩個參數(shù)看為定值，即為常數(shù)

16、。則可以建立以下物態(tài)方程：（5）2.2.2 彈性體拉伸形變的一維問題物體在外力的作用下，質(zhì)元間的相對位置會發(fā)生微小變化，從而使物體發(fā)生形變，此時，物體體內(nèi)的質(zhì)元會產(chǎn)生一種彈性回復力，即物體既有抗拒外力作用以恢復其形狀不變的能力。在外力不大的作用撤消后，物體將恢復其原有的大小和形狀，這種形變稱為彈性形變，這種物體稱為彈性體，物質(zhì)的這種特性稱為彈性。本系統(tǒng)中的金屬試件受到高溫的作用下，形變較小，且在工程實際問題中，這種形變甚至可以忽略，故我們可以認為試件為彈性體。對于彈性體，有以下假設(shè)：彈性體材料均勻、連續(xù)；彈性體各個方向上的力學性質(zhì)相同；彈性體形狀的改變量與其總尺寸相比很小。試件在加熱過程中，可

17、看作是材料均勻，受熱連續(xù)，各方向力學性質(zhì)相同，且加熱后形變與其總尺寸相比很小的模型，故我們將其看成彈性體，其受熱力變化示意圖如下：圖2-1一維方向下試件加熱形變示意圖根據(jù)連續(xù)體力學彈性規(guī)律我們可知，在一維方向上進行的加熱變形屬于線應(yīng)變，根據(jù)定義，線應(yīng)變（6）其中表示受熱后伸長的長度，表示受熱之前原試件的長度，表示應(yīng)變在受到熱力的作用下，根據(jù)物理學的定義我們可知，在截面上所施加的力和橫截面積之間定義了一個應(yīng)力，其表達式為（7）其中表示應(yīng)力，表示橫截面所受力的大小，表示橫截面積。為了簡化運算，我們把力看成是垂直作用到橫截面上的，這樣，式中就表示為正應(yīng)力，其切應(yīng)變的討論與本方法類似，本文暫不討討論。

18、工程技術(shù)中，材料力學為我們提供了應(yīng)力和應(yīng)變的相互關(guān)系，這一部分被稱作彈性理論。根據(jù)彈性理論我們可以知道，關(guān)于應(yīng)變和應(yīng)力之間的關(guān)系由大量的實驗證明，在伸長縮小足夠小的情況下，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即（8）故同理可知（9）進而我們重新引入一個正比例常數(shù)彈性模量來描述這個規(guī)律，這樣彈性體拉伸形變的一維問題得到解決，即：（10）2.2.3正應(yīng)變與溫度間的關(guān)系三維坐標下的受熱應(yīng)變的情況復雜，不便于討論其性質(zhì)，我們假設(shè)其熱效應(yīng)只引起一個方向的膨脹，如圖所示：圖2-2三維體中一維方向形變示意圖結(jié)合圖2-2可知（11）根據(jù)壓強的定義將(10)式變形可以得到如下公式：（12）將(11)和(12)帶入(5)中可以得到

19、通過運算得到(13)其中,為測試試件時實驗室的溫度，通過上述的計算，我們建立了應(yīng)變與溫度間的關(guān)系，由式子(11)可知溫度引起固體形變的原因主要有四個方面，首先是材料，彈性模量隨著材料的不同而不同，表征出不同材料在相同的外界溫度下，熱脹冷縮效果是不一樣的；其次是物體的尺寸，式中常數(shù)雖然只代表了一維情況下的坐標參量，但已經(jīng)能充分說明了這個問題，落實到現(xiàn)實中，大物體的熱脹冷縮效應(yīng)非常不明顯；再次是線膨脹系數(shù)，當然如果是體結(jié)構(gòu)，上升為體膨脹系數(shù)，從宏觀上它表示溫度的力效應(yīng)，但是從微觀上，表示出物質(zhì)的粒子屬性；最后就是等溫壓縮系數(shù)，這個很好理解，就是溫度恒定后，增大物體的壓強，必然引起物體的膨脹。2.3

20、數(shù)字散斑測量模型的建立數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)（DSPI）是在電子散斑干涉技術(shù)（ESPI）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它們的區(qū)別是電子散斑干涉技術(shù)是用光電子器件記錄散斑場的光強信息，通過電子處理的方法獲得散斑干涉條紋，而數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)從本質(zhì)上來講是一種完全依賴于電子技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的散斑照相術(shù)，圖像生成過程與傳統(tǒng)散斑圖像生成過程完全相同，只是應(yīng)用CCD（CMOS，本文用CCD，以下均用CCD）通過圖像采集卡把散斑圖像變成一種完全數(shù)字化的圖像，且分析方法借助于計算機程序?qū)ψ冃位蛭灰魄昂笊邎D求相關(guān)運算而實現(xiàn)計量的一種方法。所以，從測量機理上來講數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)和電子散斑干涉技術(shù)是一樣的，它們具有相似的測量原理圖

21、，唯一不同的就是測量圖中使用的器件和設(shè)備。故我們可以充分利用電子散斑干涉技術(shù)為我們的瞬態(tài)高溫測試搭建測量原理圖，下面我們將介紹數(shù)字散斑測量模型。2.3.1 DSPI測量的原理和范圍DSPI主要用于測量物體的微小變化量，在物體變化前，首先進行第一次圖像采集，記錄下初始狀態(tài)的光強分布。在CCD攝像機將光強分布信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的視頻信號后，又經(jīng)A/D變換器數(shù)值化，然后存于幀圖像存貯器中；當物體變形后，進行第二次圖像采集，也存于幀圖像存貯器中。將這幀圖像相減后。顯示于監(jiān)視器上，即為DSPI的相關(guān)條文圖。目前，根據(jù)ESPI的發(fā)展，數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)主要用于五個方面的測量，它們分別是：面內(nèi)位移測量，離面位移測

22、量，表面形狀測量，三維位移場測量和位相物體測量。各種測量方案均遵循上述理論，即大體框架均為參考光與變量光經(jīng)CCD進入圖像處理系統(tǒng)，最后得到條紋，分析結(jié)果得到各自相應(yīng)的目的。數(shù)字散斑測量，需首先采集參考光波和變化前的光波，設(shè)記錄平面為X-Y平面，參考光波和變化前的物光波復振幅分布分別為和。（14）（15）這里分別為參考光與初始物光的振幅。設(shè)物體對光波不產(chǎn)生吸收，變化物光波與初始物光波具有相同的實振幅，僅僅附加一個變化了的位相，則變化物光波為（16）物體變化前采集的光強分布為：（17），分別為參考光與原始物光的光強。物體變化后采集的光強分布（18）將式(17)減去式(18)可以得到相關(guān)條紋光強分布

23、（19）本次設(shè)計為一維測量，最佳適用理論為離面位移測量理論，下面我們介紹離面位移測量。2.3.2 離面位移測量光路當物體發(fā)生位移后兩散斑波前之間有相對位相的變化，引起了散斑圖的變化，因此在散斑圖中含有位移的信息，以圖2-3為例說明。從在圖2-3中我們可以知道從光源經(jīng)處理得到的擴束光通過半反半透鏡后，一部分透過透鏡，經(jīng)反射鏡返回，為我們提供參考光，此部分的參考光是定值，是固定不變的。而經(jīng)過透鏡反射回透鏡的光會隨著物平面的不同而不同。從CCD上拍得的散斑圖會因為位移的改變而使散斑圖樣發(fā)生變化，通過散斑圖樣的變化，我們即可測出位移。所以散斑圖攜帶了位移的信息。對于離面位移的具體測量，我們建立了如圖2

24、-4所示的裝置，對于物表面的具體局部的測量，我們建立了如圖2-5所示的示意圖。2.3.3 離面位移測量原理雙光束離面位移測量的光路布置如圖所示，激光束經(jīng)全反鏡M，擴束鏡EP和分束鏡BS分成物光和參考光，它們分別照射到漫反射的物表面和參考面上。物體變形前，物光和參考光在CCD電視攝像機成像平面上的光波復振幅分別為（20）圖2-3 物光與參考光的疊加干涉CCDLaserMEPBSZ物表面Laser 激光器EP 擴束鏡M 全反鏡BS 分光鏡CCD 電視攝像機圖2-4離面位移測量光路圖2-5 測量離面位移原理圖局部放大其合成復振幅為式（21）（21）對應(yīng)的光強分布為（22） 式中為的共軛光波復振幅。當

25、物體變形后，由于物體表面點的離面位移（為Z軸方向），使物光的光程發(fā)生改變，于是在CCD電視攝像機成像平面上物光和參考光的位相差為（23）此時，CCD電視攝像機記錄的光強分布為（24）采用減法模式，即（12）減（14）式，并取絕對值為（25）當時（26）呈現(xiàn)暗條紋,將(23)代入(26)式得（27）通過統(tǒng)計暗條紋級數(shù)n，代入式（27），即可求出。2.4本章小結(jié)本章首先介紹了散斑的定義和干涉的相關(guān)概念，奠定了模型的基礎(chǔ)。在第二節(jié)中通過熱力學的狀態(tài)方程描述和彈性體拉伸形變方程建立了溫度-位移模型。最后選擇數(shù)字散斑測量方案中的離面位移測量方案，并介紹了以電子散斑為基礎(chǔ)的數(shù)字散斑干涉理論，從而建立了位移

26、與條紋數(shù)之間的關(guān)系，從理論上，問題得以完滿解決。第三章 數(shù)字散斑瞬態(tài)高溫測試系統(tǒng)設(shè)計3.1設(shè)計思路本系統(tǒng)為準靜態(tài)的散斑干涉實驗方案，即在試件變形前，我們通過CCD采集一個數(shù)據(jù)，作為參考，試件變形后，通過CCD采集另一個數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的公式變換，將兩次數(shù)據(jù)進行比較，即可得出試件所受溫度的大小。從總體思路上我們將系統(tǒng)按如下簡圖設(shè)置：試 件乙 炔 焰CO2激光器熱 像 儀熱 電 偶散斑干涉系統(tǒng)圖3-1 實驗總體思路框圖我們將高溫測試系統(tǒng)按左中右的次序分為三層。第一層為加熱層，即如圖所示，我們可以選擇CO2激光器或者乙炔焰作為第一層，其目的是使試件充分受熱，然后引起變形。第二層為試件層，試件層通常選用

27、導熱性強的試件，比如金屬試件，切忌選用絕熱試件，其原因是，絕熱型試件受熱后形變不明顯，另外，試件還要求能耐高溫，可塑性好，在高溫撤去后能恢復原狀，只有這樣，才能保證我們的實驗順利進行，為此我們擬定選擇銅作為加熱試件。第三層為探測層，此層的目的在于能夠運用散斑干涉系統(tǒng)間接性測量出試件的溫度，并且能證明本次測量方案是正確的，為達到此目的，我們可以用熱像儀，熱電偶等傳統(tǒng)的測量工具同時測量，然后粗略地估計一下本實驗方案是否可行。第三層散斑干涉系統(tǒng)的設(shè)計由第二章可知，我們可沿用EPSI的離面位移測量裝置圖，但是我們需要將其改進，那就是在ESPI的基礎(chǔ)上加入圖像處理系統(tǒng)，如圖3-2所示。3.2實驗器材介紹

28、數(shù)字散斑瞬態(tài)高溫測試系統(tǒng)從材料，器件（包括軟、硬件）上來說，共需要10類器材，它們分別是銅板、激光器、乙炔、反射鏡、擴束鏡、分束鏡、熱電偶、熱像儀、CCD攝像機和圖像處理系統(tǒng)。我們將反射鏡、擴束鏡和分束鏡歸為一節(jié)，熱電偶和熱像儀歸為一節(jié)，銅板和乙炔焰歸為一節(jié)，下面本文將分六節(jié)來介紹本測試系統(tǒng)所需器材的特性。圖3-2 散斑干涉系統(tǒng)圖3.2.1 反射鏡、分束鏡、擴束鏡的相關(guān)知識反射鏡是一種利用反射定理工作的光學元器件，通過在普通光學玻璃的背面涂上一層銀薄膜，可以使光學玻璃形成反射鏡。按其形狀分類，反射鏡可分為平面反射鏡，球面反射鏡和非球面反射鏡，本系統(tǒng)使用的反射鏡是平面反射鏡。按反射程度分，可分為

29、全反射鏡和分束鏡。所謂分束鏡，就是指其光強并不是全部反射的反射鏡。本系統(tǒng)中使用了兩個全反射鏡和一個分束鏡，并且要求本系統(tǒng)中的分束鏡為半透半反鏡，下面我們來簡單介紹一下分束鏡。和反射鏡的成型原理類似，在光學玻璃表面鍍上一層或多層薄膜，這時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。分束鏡的作用是將一束光分成兩束或兩束以上光。分束鏡主要用于將入射光束分成具有一定光強比的透射與反射兩束光，故按此分類有固定分束比分束鏡和可變分束比分束鏡兩類。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，理論上要求其反射和折射光束比為1:1。介于其結(jié)構(gòu)的特殊性，在

30、實驗過程中，半透半反鏡可能會沾上外界的灰塵，為了使實驗效果更好，通常情況下我們需要擦干凈分束鏡。但是為了保持反射和折射的光束比，實驗要求我們必須保護好分束鏡的鍍膜，切忌擦傷，切忌損壞半透半反鏡。本系統(tǒng)共有三類鏡面，上面我們已經(jīng)介紹了平面全反射鏡和半透半反鏡，下面我們來介紹擴束鏡。擴束鏡是一種將光的光束半徑擴大的一種鏡片，它帶來的好處是將光束覆蓋的范圍擴大，其不良后果就是給光的準直帶來了麻煩，是光準直的對立面。有激光原理知識我們可以知道光的束腰半徑和發(fā)散角是激光的兩個重要參數(shù)，擴束鏡的作用就是改變這兩個參數(shù)，從而改變激光傳播的廣場分布，通常情況下，擴束鏡的是由一個凹透鏡和一個凸透鏡構(gòu)成的。凹透鏡

31、和凸透鏡的鏡面特征直接決定光束通過擴束鏡后的分布特點，本系統(tǒng)的擴束鏡就是利用了這個原理。3.2.2 激光和激光器激光，取其英文名稱LASER解釋，就是受激輻射的光放大，但是實現(xiàn)光放大，必須滿足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和充分的泵補能量這兩個條件。在光子簡并度高這個實質(zhì)條件下，激光表現(xiàn)出了四大特性，即單色性、方向性、高亮度和較強的相干性。本系統(tǒng)就是基于激光的方向性好，干涉性強，并且亮度集中這幾個特點，才可將位移的變化量測量出來。激光器一般由工作物質(zhì)、諧振腔和泵補源組成。按照能量最低原理，一般情況下，高能態(tài)粒子數(shù)目比低能態(tài)粒子數(shù)目少，利用泵補源提供能量才能使低能態(tài)的粒子到達高能級，實現(xiàn)粒子數(shù)目反轉(zhuǎn)，從而在激發(fā)工作

32、物質(zhì)的情況下產(chǎn)生更多相同頻率的光子。這些光子通過光學諧振腔，對模進行選擇，最終才能形成穩(wěn)定的激光光源，所以激光器的研究主要圍繞激光光譜的寬度而展開。對于激光器，大體可以分為氣體激光器、固體激光器、染料激光器和半導體激光器。完成整個系統(tǒng)需要關(guān)注兩個激光器，一個是4D激光器，另一個是CO2激光器。本系統(tǒng)所使用的光源為QJH-4D激光器，激光波長632.8nm，輸出功率1.5mW，模式為單模，發(fā)散角1.5mrad，即本系統(tǒng)光源發(fā)出的是單模紅光。該圖3-3 擴束鏡和反射鏡圖3-4 半透半反鏡（分束鏡）激光器屬于氦氖激光器，工作物質(zhì)是氦和氖，但起主要作用的物質(zhì)是氖氣，其結(jié)構(gòu)有內(nèi)腔式、外腔式和半內(nèi)腔式，本

33、系統(tǒng)所使用的是內(nèi)腔式。4D激光器屬于四能級系統(tǒng)，氦氣在其中起著傳遞能量的作用。在形成激光之初，氦氖激光器輸出三個波長，除了上述的632.8 nm外，還有1.15m和3.39m，其中以632.8 nm的性能最佳。本系統(tǒng)擬定備用觸發(fā)銅板變形的發(fā)光器件是CO2激光器。CO2激光器的輸出譜線波長分布在9m-11m之間，通常我們調(diào)整其波長為10.6m。目前國內(nèi)生產(chǎn)的CO2激光器的輸出功率在2W到80W之間，我們可以選取功率較大的CO2激光器進行熱處理。圖3-5 氦氖激光器3.2.3 熱電偶和熱像儀熱電偶是由兩種不同成分的導體兩端接合成回路時，當兩接合點熱電偶溫度不同時，就會在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶

34、的工作端與參比端存有溫差時，顯示儀表將會指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢所對應(yīng)的溫度值。熱電偶的熱電動勢將隨著測量端溫度升高而增長，它的大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關(guān)，與熱電極的長度、直徑無關(guān)。熱電偶的結(jié)構(gòu)和使用提出了一個概念，熱電效應(yīng)。所謂熱電效應(yīng)就是指兩種不同成份的導體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當兩個接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。圖中熱端和冷端溫度場不同，材料A和材料B不同，故而導致冷端呈現(xiàn)電勢差。熱電偶有四大基本定理:(1)A、B材料相同時,；（2）時，；（3）熱電偶的熱電勢輸出只與兩點溫度及材料的性質(zhì)有關(guān)，與材料的中間各點的溫度、形狀及大小無關(guān)；（4）在

35、熱電偶中插入第三種材料，只要插入材料兩端的溫度相同，對熱電偶的總電勢沒有影響。圖3-6熱電效應(yīng)根據(jù)斯忒藩-波爾茲曼定理我們可以知道，任何有溫度的物體都會發(fā)出紅外線，熱像儀就是接收物體發(fā)出的紅外線，通過有顏色的圖片來顯示被測量物表面的溫度分布，故熱像儀又名紅外熱像儀。紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng)。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。測量時只需將紅外熱像儀上顯示的圖樣與一標準得圖樣對比即可。

36、3.2.4 CCD相關(guān)知識CCD來源于英文名稱Charge-coupled Device，即電荷耦合器件，從傳感器的角度講，CCD是一種固態(tài)圖像傳感器，由于它具有光電轉(zhuǎn)換、信息存儲和延時等功能，且集成度高，功耗小，所以在固體圖像傳感、信息存儲和處理等方面得到了廣泛的應(yīng)用。CCD與其他大多數(shù)器件不同的是它以電荷作為信號，而其它大多數(shù)器件是以電流或電壓為信號。下面我們以MOS（金屬-氧化物-半導體）為例簡單回顧一下CCD的原理。CCD按從上到下分別為金屬，氧化物和半導體，結(jié)構(gòu)屬于電容。當一束光打在MOS管電容上后，光子進入襯底，電子吸收光子，受到激發(fā)，在半導體上形成電子空穴對，從而把光子能量轉(zhuǎn)移記

37、錄，不同的光子能量形成的勢阱容量不同，故一副光圖變?yōu)橐桓彪妶D，在MOS管上加一時鐘脈沖，勢阱就會朝著一個固定方向，即上面的電荷就會朝一個方向移動，進而實現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。CCD獲取可以獲取線圖像和面圖像，因此CCD可以分成線陣CCD圖像傳感器和面陣CCD圖像傳感器，而它們的區(qū)別在于移位寄存器的輸出方式不同，CCD涉及的移位寄存器的輸出等內(nèi)容涉及廣泛，這里就不做過多的介紹了。圖3-7CCD立體圖圖3-8 CCD鏡頭3.2.5 銅板和乙炔焰銅在化學中屬于過渡金屬元素，是實際生活中使用較為廣泛的一種重要金屬之一。純銅呈紫紅色，密度較大，大約為8.92克/立方厘米，熔點在1100度左右，沸點高達2500多攝

38、氏度。其物理特性是延展性好，耐磨損，是熱和電的良好導體。本系統(tǒng)的試件必須滿足耐高溫，變形大，且在熱源撤去后能恢復原狀，銅的特性能夠滿足本系統(tǒng)實驗要求。另外，本系統(tǒng)在試件選材上要避免剛體，盡量選擇彈性體，所以本系統(tǒng)必須要保證銅的晶體結(jié)構(gòu)是否符合要求。在控制溫度不超過銅試件熱變形不可恢復的極限情況下，要使銅恢復原狀，這是彈性體的要求。同時銅的晶胞參數(shù)，表明，銅是一種內(nèi)部均勻的材料，能滿足實驗各向同性的基本要求。對于熱源，本系統(tǒng)認為可以選擇乙炔，首先讓我們來了解一下乙炔的基本性質(zhì)：乙炔，分子式為C2H2，俗稱風煤、電石氣，在室溫下是一種無色、極易燃的氣體,其密度約為1.12Kg/m3，熔點為-83攝

39、氏度，沸點為-81攝氏度，火焰溫度大約為3100OC,熱值12800千卡/m3,純乙炔在空氣中燃燒2100度左右，在氧氣中燃燒為3600 OC。乙炔是一種有機原料，應(yīng)用十分廣泛。由上面的知識我們可以知道，本系統(tǒng)用乙炔作為熱源是可以的。3.2.6 圖像處理系統(tǒng)軟件本系統(tǒng)圖像處理軟件共有兩個，一個為電子散斑干涉信息處理系統(tǒng)（ESPI），另一個為數(shù)字圖像散斑相關(guān)系統(tǒng)(DIC),以下是ESPI的用戶界面。圖3-9ESPI的用戶界面界面從上到下依次為標題欄、菜單欄、工具欄和狀態(tài)欄，對于主界面，從左往右依次為工具箱、圖像窗口、幫助窗口歷史記錄顯示和信息顯示窗口。菜單欄包括文件，編輯，視圖，預處理，后期處理

40、，作圖，圖像合成，彩色圖像處理，外部程序，窗口，幫助。在本軟件中，我們重點要研究預處理，后期處理，圖像合成和彩色圖像處理四大菜單。對于圖像的前期預處理過程，本軟件設(shè)置了以下幾種處理方法：灰度變換，平滑處理，傳統(tǒng)增強處理，偏微分方程處理，產(chǎn)生噪聲，邊緣檢測，邊緣銳化，清除圖像邊緣，卷積以及細化。后期處理菜單欄中共有以下信息：信息顯示，文本標簽，骨架線提取，曲線插值，曲線平滑，相位去噪聲，去包裹，保真度和平滑度。在ESPI圖像合成的方法主要包括：加運算，減運算，邏輯運算和其他運算，對于彩色圖像，本軟件設(shè)置了以下功能：灰度化，圖像著色，亮度調(diào)整，對比度調(diào)整，特效處理。對于DIC,其用戶界面見下圖：圖

41、3-10DIC的用戶界面這里要注意的是圖像1和圖像2中載入的圖像必須是經(jīng)過灰度化處理的圖片。算法的選擇是一個很復雜的過程，本文在這里務(wù)須作過多介紹。3.3實驗步驟在上述理論的基礎(chǔ)上，為了驗證本文所建立的模型是否合理，特建立此驗證性試驗。本系統(tǒng)涉及散斑干涉，由于參考光與散斑光對比度較大，將使干涉條紋被背景光所覆蓋。因其光路調(diào)試難度大，干涉條紋不明顯，圖像處理系統(tǒng)復雜，故本實驗將分兩部分進行。首先進行力位移-散斑干涉實驗，此試驗是為高溫瞬態(tài)-散斑干涉做準備的，第二部分在力位移-散斑干涉實驗調(diào)整充分的情況下進行。下面我們將詳細介紹這兩部分內(nèi)容：3.3.1力位移-散斑干涉實驗所謂力位移-散斑干涉，是指

42、實驗通過給試件加壓力使試件發(fā)生位移，而位移導致散斑干涉條紋出現(xiàn)的現(xiàn)象。實驗步驟1：依照圖3-2連接光路在此光路圖中我們需要注意以下幾點：（1）擴束鏡要與反光鏡正對，即要保證擴束后的光束成一條直線進入反光鏡中；（2）在光的干涉一節(jié)中，我們知道要使參考光和散斑光盡量平行，我們必須將分束鏡調(diào)整至其與擴束鏡-反射鏡線成450的狀態(tài)；實驗步驟2：固定各光學器件，給激光器和CCD通入電源，并開啟氦氖激光器和CCD攝像機，調(diào)整光路。在這里我們需要注意的是：（1）CCD鏡頭要同時將試件上的散斑光束和反光鏡中的光束采集到一起，并調(diào)整CCD鏡頭焦距，使采集的圖像清晰；（2）在CCD鏡頭采集的光束中，要盡可能地減弱

43、反射（參考）光的強度。實驗步驟3：當上述條件得到滿足的情況下開始移動試件背部的螺旋按鈕，同時在計算機上打開Avermedia EZCapture程序，準備采集圖樣，圖樣樣本應(yīng)保證3至5個，編號為1,2,3,4如圖所示3-12所示。在這里，本實驗應(yīng)注意的是在移動螺旋按鈕時要記錄螺旋按鈕的移動值。并于事先利用公式估計一下移動距離與能產(chǎn)生條紋數(shù)目多少之間的具體情況。實驗步驟4：打開電子散斑干涉信息處理系統(tǒng)應(yīng)用程序，在菜單欄/文件中載入編號為1的圖片，打開預處理選擇偏微分方程處理，進行骨架線提取，按界面所提示的步驟進行，對所處理的圖片命名為a1并保存；以同樣的方式選擇圖片編號為2的圖片，按上述方法繼續(xù)

44、操作并命名為a2依次將步驟3中的圖片處理并重新命名a3,a4。打開圖像合成欄，選擇相減模式，載入變形前圖片a1，變形后圖片a2，計算確定的到圖片b2，同樣可以類似地處理一系列的圖片，進而得到干涉條紋圖。實驗步驟5：數(shù)出條紋，帶入公式中計算出結(jié)果，并與步驟3中所記錄螺旋扭轉(zhuǎn)示數(shù)進行比較，進行分析。圖3-12散斑圖樣樣本（編號為1）圖3-13 散斑干涉處理方法示意圖注：因本實驗條件效果不理想，上述圖片僅供參考,理想圖如圖3-143.3.2 瞬態(tài)高溫-散斑干涉實驗瞬態(tài)高溫-散斑干涉實驗是本系統(tǒng)的重點，與上述力位移-散斑干涉不同的本系統(tǒng)將上述的試件換成了銅塊，而將力作用換成了熱作用。故從實驗裝置和步驟

45、上，本實驗與上述實驗比較類似,下面本文將介紹瞬態(tài)高溫的實驗步驟：圖3-14相減得到的條紋圖注：本圖片來自文獻17實驗步驟1：搭建實驗光路，將3.3.1中步驟1的試件換為銅板，其余光路不變，且注意事項與3.3.1中步驟1完全相同。實驗步驟2：固定各光學器件并開啟激光器和CCD相機調(diào)節(jié)光路，注意事同3.3.1中步驟2，并拍攝下未加熱情況下的散斑圖樣，命名為21。實驗步驟3：將乙炔焰置于銅板后面灼燒，使銅板發(fā)生一定形變，然后用CCD拍下變形后的散斑圖樣，并盡量多拍幾張，分別命名為22,23,24。實驗步驟4：將所得圖像置于圖像處理軟件中，按3.3.1中步驟四進行處理，可得到散斑圖。實驗步驟5：記錄條

46、紋數(shù)目，撤掉光路系統(tǒng)，本實驗系統(tǒng)圖樣采集完畢。3.4 本章小結(jié)本章著重介紹了系統(tǒng)的實驗平臺，3.1節(jié)介紹了系統(tǒng)平臺的總體框架，3.2節(jié)分六部分介紹了實驗所需要的器件以及一些與器件相關(guān)的核心知識點。在本文中，與器件有關(guān)的核心知識以激光原理，CCD原理和熱電偶的知識最為豐富，這是本系統(tǒng)結(jié)合本專業(yè)所學到的靈活運用。最后本文介紹了實驗系統(tǒng)所要注意的試驗步驟，特別地，在實際操作過程中，本實驗需要一個暗室作為平臺，而且最好是在采集圖樣的同時，處理圖樣，以保證系統(tǒng)適時檢測到實驗過程中人為造成的不足。第四章 實驗后期處理4.1常量參數(shù)的處理根據(jù)第二章介紹的理論模型，我們將式和聯(lián)立知道，數(shù)字散斑瞬態(tài)高溫測試需要

47、收集銅的體脹系數(shù)、等溫壓縮系數(shù)、彈性模量，條紋數(shù)目，銅板的原始長度,激光波長和室溫,其中直接測量的數(shù)據(jù)是、和條紋數(shù)目，固定參數(shù)是、，而體脹系數(shù)隨著溫度的變化略有變化。通過實驗我們可以得到條紋數(shù)目，現(xiàn)在我們需要列出已知數(shù)目的清單，擬合體脹系數(shù)。參數(shù)清單形式如下表表4-1 已知參數(shù)清單參數(shù)（104MPa）（）(nm)()n參數(shù)值82（依情況而定）632.825注：純銅的彈性模量并不是一致的，軋制純銅彈性模量為10.79，拔制純銅為6.86 ，為此我們?nèi)∑渲虚g值作為彈性模量的取值。嚴格意義上，試件的彈性模量可以通過測量獲得。4.2 體脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)的處理根據(jù)定義，可以得出下列關(guān)系： (28)對

48、于純物質(zhì)或組成不變的均相系統(tǒng)，若體積只是溫度與壓力的函數(shù)，即，則體積的微變?yōu)椋海?9）根據(jù)全微分條件即得 ：（30）這是與之間的關(guān)系式，特別地若與壓力無關(guān)，則就與溫度無關(guān)。與是狀態(tài)函數(shù),它們的數(shù)值因物質(zhì)的不同而不同。由實驗可知，銅的是溫度的函數(shù)，下表是由實驗所得的不同溫度下銅的數(shù)據(jù)值。表4-2銅的體膨脹系數(shù)溫度（K）3004005006007008009001000（10-6/K）50.152.554.957.660.061.863.666.0固體的等溫壓縮系數(shù)數(shù)值比較小，且在一定溫度范圍內(nèi)保持不變，故根據(jù)所查文獻我們可以賦予其值為10-11Pa-1。對于銅在具體某一溫度下的值，我們可以利用數(shù)

49、值擬合的辦法，粗略地估計為以固定值，以下為銅的數(shù)值擬合程序處理情況：程序4-1 x=300,400,500,600,700,800,900,1000;y=50.1,52.5,54.9,57.6,60.0,61.8,63.6,66.0;plot(x,y)x=300,400,500,600,700,800,900,1000;y=50.1,52.5,54.9,57.6,60.0,61.8,63.6,66.0;x=x'y=y'A=ones(8,1),x,x.2,x.3,x.4,x.5,x.6,x.7;p=Ay;a0=p(1)a1=p(2)a2=p(3)a3=p(4)a4=p(5)a5=

50、p(6)a6=p(7)a7=p(8)八次方程系數(shù)為a0 =16.8000a1 =0.2252a2 =-3.0233e-004a3 =-1.4213e-006a4 =6.1667e-009a5 =-9.5000e-012a6 =6.6667e-015a7 =-1.7857e-018由上述程序可知：,將所得的系數(shù)、帶入，即可求出和的關(guān)系式。從而本系統(tǒng)的全部參數(shù)處理完畢，可以進入驗證階段。由于現(xiàn)在實驗的條件并不具備，實驗的驗證階段，本文不再敘述。43 本章小結(jié)本章結(jié)合第二章模型建立的內(nèi)容，推導出數(shù)字散斑測溫的一般公式，并認真分析了其中參數(shù)的處理方法。本章就處理參數(shù)值分為兩類，一種為常數(shù)參數(shù)，另外一類

51、是變參。對于常數(shù)參數(shù)，第一節(jié)以列表的方式展示出來，對于變化的參數(shù)，本文給定了一種參考方法，即為數(shù)值擬合方法，本文用了MATLAB擬合，對數(shù)值處理將有更多的探索意義。第五章 總結(jié)與展望本文是基于散斑干涉的高溫測試研究，系統(tǒng)以數(shù)字信號的方式將所測信號存貯，故我們稱之為數(shù)字散斑高溫測試系統(tǒng)。縱觀全文，本文為研究數(shù)字散斑高溫測試系統(tǒng)主要做出了以下工作：（1）明晰了數(shù)字散斑測試方案的概念以及發(fā)展歷史。數(shù)字散斑干涉測試是一個前沿的測試技術(shù)，它扭轉(zhuǎn)了人們的常規(guī)思維，把歷史中人們認為是“廢品”的散斑作為最有用的信息攜帶者，這不能不說是偉大的進步。也因為這樣的矛盾，以電子散斑為基礎(chǔ)的數(shù)字散斑干涉發(fā)展還很緩慢，應(yīng)

52、用并不是很不普及，這一點需要科技工作者的進一步努力。（2）創(chuàng)立了一維高溫測試的數(shù)學模型。本數(shù)學模型是前所未有的探索，是理論上的創(chuàng)新。在充分學習了熱學，力學和光學的基礎(chǔ)上，運用彈性形變，熱力學狀態(tài)方程和光的干涉，再假設(shè)了試件一維形變的前提下，本模型得到了理論上的解決。它的優(yōu)點除了涵蓋電子散斑干涉測試的優(yōu)點外，還有精度較高的優(yōu)勢。但是我們必須認識到，本系統(tǒng)中的精確是在模型假設(shè)前提成立，各參數(shù)為絕對參量的情況下得到的結(jié)論。實際生活中，彈性模量隨著材料的成分不同而不同，溫度變化略有差異，等溫壓縮系數(shù)，體脹系數(shù)等也是仿真擬合的近似，所以要實現(xiàn)精確測量必須克服很多數(shù)據(jù)采集技術(shù)問題。（3）搭建了瞬態(tài)高溫測試

53、系統(tǒng)，熟悉了所需元器件的測量原理和注意事項。本系統(tǒng)以所需的元器件，復習了本科階段所涉及的光學測試核心知識。以本文為解釋，可以認為光信息科學與技術(shù)就是一門以光為信息，通過信號與處理的方式解決實際問題的學科。和普通信息學科不同的是，光信息科學與技術(shù)從信息源，信息傳播路徑，以及信號接收終端，光學有獨立自主的一套方案。回歸本文數(shù)字散斑高溫測試系統(tǒng)以激光為信號源，反射，擴束，分束，干涉等手段傳播信號，最后以光電轉(zhuǎn)換器件CCD接收待處理信號，真正把我們所學的只是運用到了實踐中。隨著光學，計算機等學科的逐步發(fā)展，我們有望通過虛擬模擬現(xiàn)場的方式進行高溫測溫，這樣我們就可以避免人為操作，某些參數(shù)采集困難等的原因

54、，從而致使結(jié)果不理想的現(xiàn)象出現(xiàn)。另外，從材料的粒子特性上下功夫，本文認為，可能會將整個測試系統(tǒng)推廣到多方位、多角度測溫上去，這一切將有待進一步探索。 參考文獻1 聞德保.散斑圖象處理技術(shù)研究及其在機械熱變形測試中的應(yīng)用D.碩士學位論文. ：合肥工業(yè)大學，20082 吳君君.基于電子散斑干涉的圓度誤差測量方法研究D.碩士學位論文. ：燕山大學，20093 劉喆.數(shù)字散斑干涉術(shù)測量物面位移D. 碩士學位論文.:長春理工大學，20094 朱珍.激光散斑法測量機械零件熱變形的研究D.碩士學位論文.：合肥工業(yè)大學，20085 王建邦.經(jīng)典物理基礎(chǔ)M.：機械工業(yè)出版社，2007.2426王昊，史紅民.電子散斑干涉技術(shù)及應(yīng)用J.激光集錦，1995,5(3)：25297 鄧開發(fā),陳洪,是度芳,陳新.激光技術(shù)與應(yīng)用M.：國防科技大學出版社,2001. 1741758 范薇,付克德.氦氖激光器J.中學物理教學參考，1996,10（173）：48499 Yunus A.Cengel，Michael A.Boles.熱力學-原理及工程技術(shù)應(yīng)用M.第4版.：清華大學出版社，2005.18910 汪志誠.熱力學與統(tǒng)計物理M.：高等教育出版社，2003.111711 孟立凡，藍