專利名稱：基于散斑干涉的測溫裝置及采用該裝置的測溫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于散斑干涉的測溫裝置及采用該裝置的測溫方法。
背景技術(shù)：
溫度是科研、生產(chǎn)中的一個重要參數(shù)，溫度的測量也是一個古老的問題。傳統(tǒng)的溫度測量方法的技術(shù)理論比較完善，但是，在很多實際的測量場合以及特殊的條件下，這些測溫方法卻存在很多的問題，采用常規(guī)的測量手段難以滿足要求，因此，就需要進一步對原有的方法進行完善，或者探索新的溫度測量方法，以滿足實際的需求。散斑干涉測量技術(shù)是60年代末由J. M. Burch和J. T. 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，因而廣泛應用于光學粗糙表面的變形測量和無損檢測領(lǐng)域。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 specklepattern 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。現(xiàn)有的測溫裝置或方法獲得的測溫結(jié)果的準確度較低、測溫范圍較小、測溫速度較慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的測溫方法獲得的測溫結(jié)果的準確度較低、測溫范圍較小、測溫速度較慢的問題，從而提供一種基于散斑干涉的測溫裝置及采用該裝置的測溫方法。采用如下技術(shù)方案—種基于散斑干涉的測溫裝置，包括計算機(9)、綠光半導體激光器(I)、激光擴束器(2)、半反半透鏡(3)、參考漫反射面(4)、熱源￠)、濾光片(7)和CCD攝像機(8)，熱源(6)用于給待測試件(5)加熱；濾光片(7)安裝在CCD攝像機⑶的拍攝端，用于濾除待測試件(5)受熱后的輻射光；綠光半導體激光器(I)出射的激光經(jīng)擴束器(2)擴束后入射至半反半透鏡(3)，經(jīng)半反半透鏡(3)后獲得反射光和透射光，所述反射光入射至待測試件
(5)的前表面，并產(chǎn)生物面反射光；經(jīng)半反半透鏡(3)后獲得的透射光入射至參考漫反射面
(4)產(chǎn)生漫反射光，并反射至半反半透鏡(3) ;CCD攝像機(8)用于拍攝漫反射光和物面反射光在待測試件(5)前表面疊加形成的散斑圖像，所述CCD攝像機(8)的圖像信號輸出端與計算機(9)的圖像信號輸入端連接；待測試件(5)為能夠在受熱條件下產(chǎn)生形變的試件；計算機(9)將獲得的加熱后待測試件(5)前表面的散斑圖像與獲得的加熱前待測試件(5)前表面的散斑圖像進行圖像相減，獲得暗斑條紋級數(shù)n ;將所述暗斑條紋級數(shù)n代入公式
I+ kTE nXT - --- ——+ L
al 2 0獲得待測試件的溫度T ；
式中a為體脹系數(shù)，kT為等溫壓縮系數(shù)，E為彈性模量，I為待測試件(5)的原始厚度，、為激光波長，Ttl為原始溫度。所述的基于散斑干涉的測溫裝置，所述濾光片(7)是與綠光半導體激光器(I)波長相對應的綠光濾波片。所述的基于散斑干涉的測溫裝置，計算機(9)中內(nèi)嵌有Matlab軟件，所述Matlab軟件用于對待測試件(5)前表面的散斑圖像進行圖像處理。所述的基于散斑干涉的測溫裝置，待測試件(5)為發(fā)動機外殼。所述的基于散斑干涉的測溫裝置的測溫方法，包括以下步驟步驟一、采用CCD攝像機⑶拍攝加熱前待測試件(5)前表面的散斑圖像；
步驟二、采用熱源(6)對待測試件(5)進行加熱，在待測試件(5)發(fā)生形變后，采 用CCD攝像機(8)拍攝加熱后待測試件(5)前表面的散斑圖像；步驟三、采用計算機(9)將步驟二獲得的加熱后待測試件(5)前表面的散斑圖像與步驟一獲得的加熱前待測試件(5)前表面的散斑圖像進行圖像相減，獲得暗斑條紋級數(shù)n ；步驟四、將步驟三獲得的暗斑條紋級數(shù)n代入公式
權(quán)利要求
1.一種基于散斑干涉的測溫裝置，其特征是包括計算機(9)、綠光半導體激光器(I)、激光擴束器(2)、半反半透鏡(3)、參考漫反射面(4)、熱源￠)、濾光片(7)和CCD攝像機(8)，熱源(6)用于給待測試件(5)加熱；濾光片(7)安裝在CCD攝像機⑶的拍攝端，用于濾除待測試件(5)受熱后的輻射光；綠光半導體激光器(I)出射的激光經(jīng)擴束器(2)擴束后入射至半反半透鏡(3)，經(jīng)半反半透鏡(3)后獲得反射光和透射光，所述反射光入射至待測試件(5)的前表面，并產(chǎn)生物面反射光；經(jīng)半反半透鏡(3)后獲得的透射光入射至參考漫反射面(4)產(chǎn)生漫反射光，并反射至半反半透鏡(3) ;CCD攝像機(8)用于拍攝漫反射光和物面反射光在待測試件(5)前表面疊加形成的散斑圖像，所述CCD攝像機(8)的圖像信號輸出端與計算機(9)的圖像信號輸入端連接；待測試件(5)為能夠在受熱條件下產(chǎn)生形變的試件；計算機(9)將獲得的加熱后待測試件(5)前表面的散斑圖像與獲得的加熱前待測試件(5)前表面的散斑圖像進行圖像相減，獲得暗斑條紋級數(shù)n ;將所述暗斑條紋級數(shù)n代入公式
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于散斑干涉的測溫裝置，其特征在于，所述濾光片(7)是與綠光半導體激光器(I)波長相對應的綠光濾波片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于散斑干涉的測溫裝置，其特征在于，計算機(9)中內(nèi)嵌有Matlab軟件，所述Matlab軟件用于對待測試件(5)前表面的散斑圖像進行圖像處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于散斑干涉的測溫裝置，其特征在于，待測試件(5)為發(fā)動機外殼。
5.基于權(quán)利要求I所述的基于散斑干涉的測溫裝置的測溫方法，其特征是包括以下步驟 步驟一、采用CCD攝像機(8)拍攝加熱前待測試件(5)前表面的散斑圖像； 步驟ニ、采用熱源(6)對待測試件(5)進行加熱，在待測試件(5)發(fā)生形變后，采用CCD攝像機(8)拍攝加熱后待測試件(5)前表面的散斑圖像； 步驟三、采用計算機(9)將步驟ニ獲得的加熱后待測試件(5)前表面的散斑圖像與步驟ー獲得的加熱前待測試件(5)前表面的散斑圖像進行圖像相減，獲得暗斑條紋級數(shù)n; 步驟四、將步驟三獲得的暗斑條紋級數(shù)n代入公式
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于散斑干涉的測溫方法，其特征在于，步驟四中所述體脹系數(shù)a是通過公式
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于散斑干涉的測溫方法，其特征在于，步驟四中所述等溫壓縮系數(shù)kT是通過公式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于散斑干涉的測溫裝置及采用該裝置的測溫方法，基于散斑干涉的測溫裝置，包括計算機(9)、綠光半導體激光器(1)、激光擴束器(2)、半反半透鏡(3)、參考漫反射面(4)、熱源(6)、濾光片(7)和CCD攝像機(8)，熱源(6)用于給待測試件(5)加熱；濾光片(7)安裝在CCD攝像機(8)的拍攝端，用于濾除待測試件(5)受熱后的輻射光；它解決了現(xiàn)有的測溫方法獲得的測溫結(jié)果的準確度較低、測溫范圍較小、測溫速度較慢的問題。
文檔編號G01K5/50GK102735357SQ20121021404
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者任小芳, 侯曄星, 張磊磊, 王小燕, 王緒財, 王高 申請人:中北大學