清华大学2012届毕业论文
4 实验后期分析处理
4.1 实验相关参数分析
在第二章我们建立了应变与散斑干涉条纹数以及应变与温度的关系，现在我们将式
?l?n??l?T?T0???l?T联立，消去共同参量?l，可以得到： 与式?l?21?kTE1?kTE T?(1?kTE)n??T0 (4.1)
2?l上式即为联系温度T与散斑干涉条纹数n的函数关系式，也是实验后期处理的理论依据。显然，要想得到温度，我们必须知道铜板的初始温度T0，初始厚度l，激光波长?以及金属铜的膨胀系数?，等温压缩系数kT和弹性模量E。其中铜板初始温度T0，初始厚度l，激光波长?均为确定参量，可以直接测量确定。金属铜的等温压缩系数kT数值很小，几乎不随温度的改变而发生变化，可以看作常量来处理。弹性模量E由材料成分决定，受温度影响变化微小，也可以作为常量处理，但是压制纯铜和冷拔纯铜的弹性模量略有区别，这里要引起注意。金属铜的膨胀系数?，散斑干涉条纹数n，是实验后期处理的重点，下面分别介绍。 4.2 铜膨胀系数?的处理
由热力学知识可知，金属铜的膨胀系数?是温度T的函数，与压强无关。通过查阅相关资料，我们得到一组有关金属铜体膨胀系数随温度改变而发生变化的实验数据，如表4.1所示。对于它的处理，我们可以采用数值拟合的方法来实现，得到?与T的函数关系。
表4.1 铜的体膨胀系数随温度变化数据
温度（K） 300 400 52.5 500 54.9 600 57.6 700 60.0 800 61.8 900 63.6 1000 66.0 50.1 ?（10-6/K）运用matlab数据拟合程序处理如下：
>> x=300:100:1000
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]
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>> p1=polyfit(x,y,1) p1 = 0.0226 43.6179 >> y1=polyval(p1,x)
y1 = 50.4000 52.6607 54.9214 57.1821 59.4429 61.7036 63.9643 66.2250 >> p2=polyfit(x,y,2)
p2 =-0.0000 0.0298 41.5696 >> y2=polyval(p2,x)
y2 =50.0125 52.6054 55.0875 57.4589 59.7196 61.8696 63.9089 65.8375 >> p5=polyfit(x,y,5)
p5 = 0.0000 -0.0000 0.0000 -0.0005 0.1350 32.8750 >> y5=polyval(p5,x)
y5 =50.1077 52.4621 54.9661 57.5694 59.9510 61.8771 63.5584 66.0082 >> plot(x,y,'.',x,y1,'-.',x,y2,'--',x,y5,'-')
图4.2 程序拟合曲线
由程序结果可知，采用5次多项式进行拟合时，各项数据符合的很好。这时2次项到5次项的系数很小，近似为零。而且膨胀系数本身是个数量级很小的参数，所以我们
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可以近似把?与T看作线性关系处理，其关系式为：
??0.1350T?32.8750 (4.2)
4.3 散斑干涉条纹数n的处理
将实验采集得到的散斑图样，利用matlab程序首先进行数字图像的相减处理得到包含条纹信息的干涉图，然后经过灰度变换、滤波、二值化、图像锐化等技术处理[30]，最终得到清晰的干涉条纹骨架线，很方便的得到散斑干涉条纹数n。对于这一部分具体处理过程，已作为一个独立的课题由他人进行研究，本文在这里不再介绍。
至此，实验相关参数全部处理完毕，由于后期处理不是本文负责的重点，具体的验证结果这里不再叙述。
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5 总结与展望
5.1 全文总结
随着科技产业的发展，温度成为与许多行业密切相关的一个物理量，因此温度测试技术逐渐成为国内外研究的热门课题。本文提出的是基于散斑干涉法的温度测试技术，这是一种新型的光学测温方法，具有高精度、全场性、非接触、实时性、高灵敏度等特点，是对温度测试技术的全新探讨。对此，本文主要进行了以下研究工作：
（1）在全面了解了数字散斑干涉技术的特点后，提出了利用该技术进行温度测试的研究命题，这是一种新的尝试，是理论上的创新。
（2）认真学习了散斑干涉法测量原理，热力学以及弹性力学的相关知识，通过物体应变量将散斑干涉条纹与温度联系起来，建立起测试系统的理论模型，在理论上说明了利用散斑干涉技术进行温度测试的可行性。在这里我们必须说明，该模型的建立是在假设待测试件只发生一维形变的前提下，并且将试件固定在金属固体的基础上建立起来的，客观上具有一定的局限性，更深入的讨论有待进一步研究。
（3）搭建了系统验证性实验平台，得到了反应温度信息的散斑干涉条纹图样。为了解决实验光路调试难度大，耗费时间长的问题，本文提出了将实验分成两个步骤进行的思路，即先进性散斑干涉法应力变形测量实验，而后在前一个实验取得良好的实验结果基础上，再进行散斑干涉测温实验，取得了良好的效果。
（4）对系统模型涉及到的部分参量后期处理方法进行了探讨说明。 5.2 展望
由于时间仓促，加上实验室条件限制，本文只是初步对此进行了研究，要达到精确测量必须克服很多数据采集技术问题。随着光学精密仪器、图像处理技术的不断发展，散斑干涉技术在温度测试方面的优势将会逐渐显现出来，有待进一步更深入的研究。
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