数字散斑温度测试毕业设计任务书中期报告.doc

中 北 大 学 毕业设计（论文）中期报告 学 生 姓 名： 学 号： 学 院、系： 信息与通信工程学院、光电工程系 专 业： 光电信息工程 论 文 题 目： 基于金属热变形的散斑干涉测温技术研究 指导教师: 王小燕 2014 年 5月 10日 毕业论文中期报告 学校 中北大学 专业 光电信息工程 学生姓名 班级学号 论文题目 基于金属热变形的散斑干涉测温技术研究 本人在该论文中具体 应完成的工作 具体工作内容： 1、查阅相关文献，了解数字散斑干涉，温度测试的国内外研究现状； 2、学习数字散斑干涉，温度测试技术的相关知识； 3、从热传导和热弹性理论出发搭建散斑干涉测量实验平台，通过统计暗条纹级数n，代入上式，即可求出离面位移。 离面位移测量原理：激光被准直扩束系统扩束后照射到分束器上，被分束器分为物光束和参考光束。参考光束经反射镜反射后再次经过分束器入射到CCD表面；同样，物光束照射到物体表面后，经物体漫反射后也再次通过分束镜到达CCD表面。参考光束和物光束在CCD感光面附近相遇并发生干涉现象，把CCD所采集到的干涉图样称之为散斑干涉图[25]。散斑干涉图经图像采集卡实现A/D转换，传输到计算机随机存储器，通过数字图象处理这些干涉图样可计算出物体的位移。离面位移测量原理图如图1所示 图1 离面位移测量原理图 散斑的形成及其特性：当激光照射光学粗糙表面上时，这些表面上无规则分布的面元散射的子波相互叠加使反射光场具有随机的空间光强分布，呈现出颗粒状的结构，这就是散斑。由散斑的成因可知，物体表面的性质和照明光场的相干性对散斑都有着决定性的影响。因此散斑的分类也就多种多样，按物体表面的性质可以将散斑分成强散射屏产生的正态散斑和弱散射屏产生非正态散斑；按照明光场的相干性可以将散斑分成完全相干散斑和部分相干散斑。同时按照光场的传播方式，将散斑场分为远场散斑(与夫琅和费衍射对应)、近场散斑(与菲涅尔衍射对应)和像面散斑三种类型。按观察条件将散斑分成主观散斑与客观散斑两种类型。当用激光照明时，光学系统形成被照明表面的像，并且像与物的强度有类似的随机分布，这就被称为“主观散斑”；当用激光照明粗糙表面时，其散射光的强度随位置的不同而随机变化，这就被称为“客观散斑”。前者实质上是像面散斑，后者则是通过自由空间传播形成的近场散斑和远场散斑。我们研究的散斑主要是像面散斑。激光散斑的特征主要用它的大小、对比度(衬度)及其运动规律来表征.散斑的大小与观察平面的位置及与照明光波的波长有关；散斑的对比度和被测物体的表面粗糙度有着很密切的关系，决定了是否能产生可判读的散斑图；如果被激光照明的粗糙表面发生位移或变形，则在观测平面上的散斑图也要产生相应的变化，这就是散斑的运动规律特性，本文正是利用了散斑的这一特性作为理论基础来进行研究的。 （3）了解了热传导理论和热弹性理论的基本内容，通过学习热力学固态方程的描述以及连续体力学中弹性理论相关知识，建立了温度与物体应变之间的关系，从而将温度与散斑干涉条纹联系起来，从理论上证明了利用散斑干涉法进行温度测试的可行性。 温度与物体应变之间的关系式： 称为材料的弹性模量，体胀系数，等温压缩系数，T0为测试实验时的室温。 1）.弹性体形变的一维问题：物体在外力的作用下，质元间的相对位置会发生微小变化，从而使物体发生形变，此时，体内各质元处于一种新的紧张状态，产生了一种弹性回复力，即物体有抗拒外力作用以恢复其形状不变的能力。在外力不大或形变不大的情况下，外力去除后，物体将恢复其原有的大小和形状，这种形变称为弹性形变，这种物体称为弹性体，物质的这种特性称为弹性。 本系统中的金属试件受到高温的作用下，形变较小，且在工程实际问题中，这种形变甚至可以忽略，故我们可以认为试件为弹性体。金属试件材料均匀，内部各向力学性质相同，在加热过程中，受热连续，且加热后形变与其总尺寸相比很小，所以可以看做弹性体形变来处理。这里我们首先研究金属受热引起某一个方向上的微小形变，即弹性体形变的一维问题（如图2所示），进而推广至三维的方法来处理。得到关系等式为，其中F为截面施加的外力，S为截面面积，E为材料的弹性模量。 图2.一维方向下试件加热形变示意图 2）固体状态方程描述 一个热力学系统的平衡态可以由它的几何参量、力学参量、化学参量、电磁参量以及热学参量的数值确定，热力学所研究的全部宏观物理量都可以表达为这五类参量的函数。而温度正是热学中特有的状态参量，要研究温度，就必须建立温度与其他四类参量之间的关系。由热力学知识可以知道，物态方程正是联系温度与其他状态参量之间的一个函数关系方程式，