数字散斑瞬态高温测试技术方案设计

基于散斑干涉法的温度测试1 绪论1.1 研究背景及意义温度是表征物体冷热程度的物理量，是国际单位制中七个基本物理量之一，它与人类生活、工农业生产和科学研究有着密切关系[1]。

随着科技的迅速发展，高温、超高温、低温、超低温等非常态实验及工程应用越来越多，越来越复杂；另一方面，武器型号、重大装备及精密制造技术的发展也需要进行温度场的检测研究。

科学技术发展日新月异，行业需求不断提高，对温度测量的精确度要求也越来越高，因此温度场的测量研究一直都受到人们的广泛关注。

温度的测量方法有很多，目前常用的测温方法主要有接触式测温和非接触式测温两大类。

在非接触测温方法中，光学测温技术[2]，是近十几年发展起来的一门全新的测试技术，其基本原理是利用温度的变化所引起的光学性质的变化来测量并计算出该物理量。

光学测温法由于不与被测物体直接接触，不会对被测物体产生干扰，并且具有时间和空间分辨率高以及能实现现场实时测量等优点，成为国内外研究的热门[3]。

本课题主要研究基于数字散斑干涉法的一种温度测试技术，是光学测温方法的一种全新技术。

1.2 温度测试技术发展现状由于温度与科学研究及国民经济中工农业生产密切相关，近年来，国内外各种温度测试技术层出不穷，按照大的方向划分，可分为接触式测温和非接触测温两大类，如图1.1所示[4]。

下面分别介绍两类测温方法的原理及特点。

图1.1 温度测量方法分类接触式测温方法包括膨胀式测温、电量式测温和接触式光电、热色测温等几大类。

接触测温法在测量时需要与被测物体或介质充分接触，利用热传导原理，使两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡。

这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。

通常来说，接触式测量仪表比较简单，测试结果直观可靠，仪器价格相对低廉，因而在实际生活中得到了广泛的应用。

但是接触式测温方法的缺点也很明显，由于测温元件与被测物体需要进行充分的热交换，所以需要一定的时间才能达到热平衡，因而存在测温延迟现象。

数字散斑相关法（DSCM ）测量物体面内位移一． 实验目的1．了解和掌握DSCM 测量物体面内位移的方法和技术； 2．学会用DSCM 方法测试试件的面内位移。

二． 实验器材和装置实验试件为方形橡皮。

试验器材有：光源、CCD 、图象卡、监视器、计算机及软件。

光源为白光，由光纤灯产生。

计算机及软件主要由图象采集、相关运算、数据处理等软件模块组成。

实验装置和光路如图1所示。

图1 数字散斑相关方法测量示意图三． DSCM 的基本原理如图1所示，当白光照射到橡皮粗糙表面时，形成随机分布的散斑，用CCD 记录散斑图。

物体表面的散斑随着物体的变形而运动，分析变形前后的散斑图，得到散斑沿U 和V 方向的相对位移，既物体沿横向和纵向的相对变形。

变形前后的两幅散斑图存在相关性。

在变形不大的情况下，物体表面的散斑场的灰度变化可以忽略不计。

设（x ，y ）是变形前的一点，（x*，y*）是变形后的相应点，两者的关系为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∂∂∆+∂∂∆++=∂∂∆+∂∂∆++=y v y x v x v y y y u y x u x u x x **用函数F （x i ，y i ）表示变形前某一点（x i ，y i ）处的灰度值，G （x*I ，y*i ）表示变形后对应点（x*I ，y*i ）处的灰度值，由概率与数理统计理论可知，两者的相关系数为：()[]()[]()[]()[]∑∑∑∑∑∑==**====**----=s ss s s sm i m j j im i m j jim i m j j i jigy xg f y x f gy xg f y x f C 11211211,,,,其中0≤C ≤1；C=1时两者完全相关；C=0时两者完全不相关。

分母分别为两者的均方根，分子为两者的相关矩，f 和g 分别为()i i y x f ,和()**i i y x g ,的平均值。

只要两者相关，则以位移为变量的相关函数C(u, v)曲面为一单峰曲面。

一种基于超高温瞬态目标多光谱温度场测量装置及其
温度测量方法
基于超高温瞬态目标多光谱温度场测量装置及其温度测量方法，涉及一种测量装置、系统及其温度测量方法，尤其适用于超高温瞬态目标的温度测量。

这种测量装置包括多光谱成像CCD测量装置和工控机。

其中，工控机与多光谱成像CCD测量装置相连接。

多光谱成像CCD测量装置内设有多个光学元件，如衰减片、滤光片、目镜、环形镜、定镜、动镜、物镜和CCD探测器等。

这些光学元件按照一定的顺序从左至右或从右至左依次设置。

目镜配合环形镜使用，以对超高温瞬态目标进行多光谱成像。

该装置利用光学成像和光谱分析技术，通过测量目标的光谱辐射强度，结合已知的光谱发射率，可以计算出目标的温度。

这种方法具有较高的测量精度和响应速度，特别适用于超高温瞬态目标的温度测量。

该装置及其测量方法在高温燃烧场监测、熔融金属温度检测、火箭发动机燃烧诊断、焊接过程监测等领域有广泛应用前景。

同时，对于科学研究，如高温等离子体、燃烧化学和材料热性质研究等也具有重要的意义。

总的来说，这是一种专为超高温瞬态目标设计的温度测量装置，具有高精度、高响应速度的优点，能广泛应用于各种需要测量超高温瞬态目标的领域。

但请注意，这只是一种可能的设计方案，实际上根据具体需求和条件，可能会有许多其他的设计方案能够实现相同的目标。

数字散斑瞬态高温测试技术方案设计第一章绪论1.1 研究目的和意义在工程实际中，由于工件和设备的各种运动，使得设备之间产生了许多非稳态导热现象。

热力设备的启动，停机，变工况，突然冷却等，使设备产生了瞬态高温。

若瞬态温度太高，则会由于过大的热应力而损坏部件，因此对瞬时温度的检测和控制变得极其重要。

传统的温度探测器多是使用热-电的方法，而由热到电的过程需引入电阻、电感、电容等元件，这样温度的产生和探测之间会产生时间延迟，并且引入电路的过程可能会导致原温度场频率发生变化，同时一些机械的探测需要无接触性探测。

另外，在很多情况下，当温度达到，甚至超过一定极限时，传统的温度传感器会失去探测能力。

因此，传统的温度传感器遇到了很大的挑战，实现瞬态高温的实时、非接触性检测具有重大的意义。

散斑干涉测量技术是60年代末由J. M. Burch 和J. T. To kardki首先提出的一种光学测量技术, 具有非接触、测量精度高、对环境的防震要求低、可在明光下操作、能进行全场测量等特点, 因而广泛应用于光学粗糙表面的变形测量和无损检测。

随着计算机技术、电子技术和数字图像处理技术的发展, 形成了电子散斑干涉测量技术( electronic speckle pattern interferometry, 简称ESPI)，它具有实时处理信息、实时显示干涉条纹、快速方便、对工作环境的防震要求低并可以实现条纹自动化测量等优点。

另外由散斑干涉模型可以知道，温度与弹性模量，等温压缩系数，体胀系数等有关系，而弹性模量等的测量时一个复杂的过程，如果本系统能非常完美地解决高温的测试，那么我们可以将本实验扩展为对弹性模量，等温压缩系数和体膨胀系数的测量，即本系统对其它物理量的研究也有重要意义。

本文在充分利用ESPI优点的基础上，应用CCD通过图像采集卡把散斑图像变成一种完全数字化的图像，并且借助于计算机程序对变形或位移前后散斑图求相关运算而实现计量。

高温测试方案简介高温测试是一种常用的测试方法，它用于评估产品或材料在高温环境下的性能和稳定性。

本文将介绍一个典型的高温测试方案，包括测试的目的、测试设备、测试流程和测试结果的分析。

测试目的高温测试的主要目的是评估产品或材料在高温环境下的可靠性和耐受能力。

通过在高温条件下对产品或材料进行长时间的测试，可以确定其在极端环境下的工作稳定性和效果。

这对于一些需要在高温环境中工作的产品，如汽车发动机部件、电子元件等，是非常重要的。

测试设备在进行高温测试之前，需要准备适当的测试设备。

常见的高温测试设备包括：•高温箱：用于控制温度，将测试样品放入其中进行测试。

•温度控制系统：用于精确控制高温箱的温度。

•数据采集设备：用于记录和分析测试数据。

测试流程下面是一个典型的高温测试流程：1.准备测试样品：按照要求准备测试样品，包括产品或材料。

2.设置测试条件：将测试样品放入高温箱中，设置适当的测试温度和时间。

3.开始测试：启动高温箱和温度控制系统，让测试样品在高温环境下运行。

4.数据采集：使用数据采集设备记录测试样品在不同时间点的温度、电压、电流等数据。

5.持续观察：在整个测试过程中，持续观察测试样品的性能和稳定性。

6.停止测试：在达到预定的测试时间后，停止测试并关闭高温箱和温度控制系统。

7.数据分析：对测试数据进行分析，评估测试样品在高温环境中的性能和稳定性。

8.结果报告：根据测试结果生成测试报告，总结测试过程、结果和建议。

测试结果分析通过高温测试，可以得到丰富的数据，包括温度曲线、电压曲线、电流曲线等。

根据这些数据，可以进行以下方面的分析：1.温度变化：分析测试样品在高温环境下的温度变化情况，包括温度的稳定性、峰值温度等。

2.功耗分析：分析测试样品在高温环境下的功耗变化情况，评估其能源利用效率。

3.效能评估：评估测试样品在高温环境下的性能表现，比较其与标准要求的符合程度。

4.可靠性评估：通过分析测试结果，评估测试样品在高温环境下的可靠性和耐久性。

收稿日期:2008 07 10基金项目:国家自然科学基金资助项目(60672015) 作者简介:王玉田(1952 ),男,辽宁本溪人,教授,博士生导师,博士,主要研究方向为光电检测与光纤传感技术。

文章编号:1004 2474(2010)03 034603瞬态高温测量系统王玉田,杨丽丽,鲁信琼(燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室,河北秦皇岛066004)摘 要:为了解决特殊环境下的瞬态高温测量,研制了一种基于黑体辐射的光纤高温测量系统。

介绍了该系统的工作原理,采用 接触 非接触 测量方法和光纤光栅窄带滤波技术,分析了影响黑体空腔传感器有效发射率的各种因素,并给出了优化设计参数。

试验表明,系统测温范围可达2000!,响应时间小于120ms,性能稳定,抗干扰能力强。

关键词:瞬态高温测量;黑体辐射;光纤;接触 非接触;光纤光栅;有效发射率中图分类号:T P212.11 文献标识码:ATransient High temperature Measurement SystemWANG Yutian,YANG Lili,LU Xinqiong(H ebei Province Key Lab.of M easurement T ech nology and In strumentation,Yans han U nivers ity,Qinh uan gdao 066004,Chin a)Abstract:In or der t o pr ov ide a so lutio n fo r transient high temper ature measurement under so me special cir cum stances,an o pt ical fiber high temper ature measurement system based o n the mechanism o f blackbo dy r adiance w as developed.T his paper describes the wo rking principle o f t his system,using the to uchable unto uchable measuring met ho d and fiber gr ating narr ow band filter s technique.By analy zing many kinds of factor s affecting Integ rated em issivit y of the blackbo dy cav ity sensor ,the o ptimum par ameters a re o bta ined.T he testing r esults show ed t hat the highest test temperature of this system has been up to 2000!,the respo nse time is less t han 120ms,and the sys tem has high r eliability and capacity of resisting disturbance.Key words:t ransient hig h temper ature measur ement;blackbody r adiance;o ptical fiber;t ouchable untouchable;fiber g rating ;integ rated emissivit y高温、强浸蚀介质、强热震性的温度测量在冶金、石油化工、建材、武器研制等工程技术领域中十分常见,但对于变化的高温数据很难通过传统的热响应速率较慢的热电偶得到。