清华大学2012届毕业设计说明书
第I页 共III页 摘 要
微细尺度对流换热温度场的光学测量技术是微细尺度传热学研究领域的重要研究内容，它可以为微细尺度传热学的实验研究提供有效的技术途径。本文针对微细尺度对流换热温度场的特点，提出了一种可用于微细尺度对流换热温度场测量的傅立叶变换莫尔偏折法。
提高莫尔偏折法的测量灵敏度，是解决微细尺度对流换热温度场测量的关键。本文研究并探索了提高测量灵敏度的三个技术途径。研究了利用莫尔偏折法测量微细尺度对流换热流体温度场的基本原理，建立了该方法的几何光学和物理光学模型，分析并掌握了莫尔条纹的形成规律，讨论了实验装置中光学参数对莫尔偏折法测量温度的影响，提出了探测微细尺度热流场对光学参数的要求。
最后，本文进行了实验验证，利用傅立叶变换莫尔偏折法测量了竖直加热细丝自然对流温度场。实验中不仅顺利地探测到了细丝加热前后莫尔条纹的变化，还得到了细丝周围流场的温度分布。
实验验证表明，本文所提出的测量微细尺度对流换热温度场的傅立叶变换莫尔偏折法是可行的，所提出的提高微细尺度流场测量灵敏度的三种技术途径也是有效的，它将对微细尺度传热学的研究提供一种有效的实验方法。
关键词：微细尺度传热学，莫尔偏折法，傅立叶变换，温度场测量。
清华大学2012届毕业设计说明书
第II页 共III页 Abstract
Optical flow visualization and measurement is one of the interesting fields in the experimental
researches of heat transfer, especially in the field of mini/micro scale heat transfer. An optical
method, Fourier Transform Moiré Deflectometry, applicable to mini/micro scale heat transfer,
实验A 磁化率——络合物结构的测定
一、目的要求
1． 了解磁介质在磁场中的磁化现象。
2． 通过对一些物质的磁化率的测定，求出未成对电子数并判断络合物中央离子的电子结构和成键类型。
3． 掌握古埃（GOUY）法测定磁化率的实验原理和技术。
二、原理
1．当磁介质放到场强为H的磁场中会产生附加的磁场H′，这种现象称为磁介质的磁化。这时磁介质的磁感应强度为：
B = H + H′ = H + 4πXH (1)
式中X为物质的体积磁化率，化学中常用克磁化率Xm和摩尔磁化率XM ，它们的定义为：
Xm = X / ρ (2)
XM = M X / ρ (3)
式中ρ为磁介质的密度，M为克分子量。由于X是无量纲的量，故Xm和XM的量纲为厘米3/克和厘米3/摩尔。(1)式中如H′ 和H同向则为顺磁物质，H′ 和H反向为逆磁质H′ 和H不成正比，H′ 随H的增加而剧烈增加，当外磁场消失后这种物质的磁性并不消失，呈现滞后的现象，则为铁磁质。
2．原子分子的磁矩
由于分子体系内有电子环形运动，所以它应具有磁矩。多电子原子的磁矩μ和总角动量量子数J，总轨道角动量量子数L，总自旋角动量量子数S间有以下关系：
μ P = J (J + 1) β g
μ D = )6(1222niirmCeH (4)
μ = μ P +μ D
其中m为电子质量，C为光速，β = πmche4= 9.27×1021尔格/高斯。
§ 1 概述
云纹法（moire method）是利用栅线干涉所形成的条纹，称为云纹，以测定受力物体的位移场或应变场的新型实验应力分析方法。此法的取名和中国古代输往欧洲的云纹绸等丝绸的编织技艺有关。国外就是利用了中国丝绸中因纤维交叉编织而形成的条纹，即云纹（moire）一词，来命名此法的。
云纹方法适用的测试范围是比较广泛的，可以在不同的工作条件下对各种对象进行测试。例如，不同的温度（常温、高温、低温），不同的受载（静载、动载），不同的测试时限（冲击、爆炸等瞬时测试和蠕变、松弛等长期测试），不同性质的变形（弹性、塑性、粘弹性等），不同量程的变形（小变形、大变形），任意性能的固体材料（透明的或不透明的、金属的或非金属的、各向同性的或各向异性的、应力应变关系为线性的或非线性的、弹性模量高的或低的、以及聚合或复合材料等）。尤其在应用于高温、塑性、大变形、复合材料、弹性模量特别低的材料以及需要进行长时限测试等方面，更显出云纹法的特点——对温度的上限﹡、变形的量程、测试的时限以及固体材料的不同性能等都没有什么限制。还可以对像航天、核能工程等温度极高的严酷工作条件下进行测试。云纹法的一种——影子云纹法，可以简便有效的用于测试人体背部的等高线（图1），使体格检查中关于脊椎骨是否扭歪的检查，只对少数等高线左右不对称的病例（图1）（a），才需要配合X光作进一步检验（图1）（b）。还可用于检验齿轮环的侧平面的不平度（图2）。
虽然早在19世纪70年代，就因衍射光栅的制造和理论方面的进展，有关云纹干涉的物理现象已被观察和描述出来。但其应力受到当时栅板制造技术水平的限制，还只能用于检查透镜质量、测定两块栅板间相对位移等狭小的范围。作为云纹法发展成为实验应力分析方法的早期标志，是在1948年首次运用云纹干涉测定等间隔穿孔的简支梁的挠度、圆环受载后的面内位移、试件内表面（球面）的等深线。以及1952年用于测定二维应变场的各个应变分量。与此同时，由于在制造经济、优质和面积较大的栅板方面，在技术上已开始取得明显进展，而且由于云纹法本身具有适用范围广、工艺操作不复杂等特点，所以自那时以来，此法在理论上、技术上和应用上都获得迅速的进展。
1 第一部分 基本实验
第一章 单自由度振动系统测试分析
§1-1 简谐振动幅值测量
一 实验目的
1、了解并掌握简谐振动信号位移、速度、加速度幅值之间的关系。
2、学会用加速度传感器测量简谐振动位移、速度、加速度的幅值。
3、正确理解和分析各种计算值与测试值之间的误差及其产生的原因。
二 基本原理
振动体的位移、速度、加速度是系统振动的重要参数，正确测试其值对探索振动参量之间关系、全面了解和掌握振动规律有着重要的作用。它们的值可用位移传感器、速度传感器或加速度传感器来直接测取,也可根据位移、速度、加速度的关系，用一种传感器来进行测量，或者利用测振仪的微分、积分电路来测量。
对于位移、速度、加速度三个振动参量，只要知道其中一个，就可以通过微分和积分变换求出另外两个振动参量。在工程实践中，对有的参量，由于受条件限制无法测得时，可以通过参量变换求得。另外，当三个振动参量的时间过程都测得时，可以通过参数变换进行相互检验。将实测波形与参数变换得到的波形比较，进一步分析测量精度和误差范围，为测试波形的基线修正和测试结果的修正提供条件。
设某一构件在简谐圆频率为的外力激振下，某测点位置初相位为0，该测点振动的位移、速度、加速度分别计为x、v、a。
稳态时，若
0sin()xB （1-1）
则
00cos() sin()2vxBB （1-2）
2020sin() sin()axBB （1-3）
由（1-1）～（1-3）式可知，速度v、加速度a是与位移x具有相同频率的简谐振动，但是其相位角分别超前2/或。如果已知加速度a，也可以通过积分求得速度v及位移x变化规律。
