电子学全息干涉术用于温度场测量

探讨了用电子学全息干涉术（双称数字全息干涉术）测量温度场分布及其变化的可行性，利用所设计的全息干涉实验光路，对一电烙铁头部周围温度场分布进行了实时全息记录，进而利用一维快速傅里叶变换及数字滤波处理再现出了反映温度场分布的全息干涉条纹图样，实验结果表明，与传统的光学全息干涉术相比，电子学全息干涉术借助于高分辨率CCD记录及高速计算机数字处理技术，从而可实现光学全息图的数字化记录、存储和重现。同时，利用再现物场相位倍增原理还可实现对干涉条纹数目的倍增，或利用物场相位分布的直接计算精确获取任意两点间的相位差，从而提高测量精度。此外，由于能够在不改变光路的前提下以较高的重复频率完成光学全息图的记录，电子学全息干涉术可以用于记录三维物场的变化并接近实时地再现和测量三维物场的变化规律，因此是一种极有发展前途的新型实时全息干涉计量技术。     

全息干涉技术测量酒精灯火焰温度场分布

利用激光全息干涉原理测量酒精灯火焰温度分布,通过二次曝光的方法,获得了酒精灯火焰干涉条纹。利用Matlab数字图像处理技术,对干涉图像进行了简单的处理,实现了对火焰干涉条纹位置的准确判读。根据环带法和环带内折射率定常假设,并采用计算机辅助编程计算,对酒精灯温度场进行反演,对各级条纹对应的温度值进行标定,获得了酒精灯火焰温度场的分布规律。     

测量微细尺度流体温度场的傅立叶变换激光云纹技术

本文研究了一种能测量微细尺度流体温度场的激光云纹技术。激光云纹法利用莫尔条纹的位移量或者位相变化来计算光线穿过位相物体时产生的偏转角,并由此获得流体的温度梯度和温度场分布。激光云纹技术具有灵敏度高,空间分辨率高,稳定性好,实时观测等优点。本文介绍了激光云纹法的测量原理、实验技术,并利用该方法测量了加热细丝自然对流的微细尺度温度场分布。     

空间载频干涉法全场测量长度技术

在研究二维快速傅里叶变换法进行干涉测试基本原理的基础上,提出一种基于二维快速傅里叶变换的长度测量法.以量块长度的测量为对象,被测量块置于泰曼-格林干涉仪测试光路中,参考光波分别与待测长度的量块表面和辅助平面反射的测试光波形成干涉条纹,条纹由图像采集系统采集.利用编制的算法处理软件,通过处理干涉条纹图中量块边缘识别、区域延拓、滤波、波面统一,获得了量块全场表面的空间长度分布,实现了对量块长度的自动化测量.结果表明:该测量法不仅具有较高的测量准确度,而且具有全场测试和非接触测量等优点.     

空间载频干涉法全场测量长度技术

 在研究二维快速傅里叶变换法进行干涉测试基本原理的基础上,提出一种基于二维快速傅里叶变换的长度测量法.以量块长度的测量为对象,被测量块置于泰曼-格林干涉仪测试光路中,参考光波分别与待测长度的量块表面和辅助平面反射的测试光波形成干涉条纹,条纹由图像采集系统采集.利用编制的算法处理软件,通过处理干涉条纹图中量块边缘识别、区域延拓、滤波、波面统一,获得了量块全场表面的空间长度分布,实现了对量块长度的自动化测量.结果表明：该测量法不仅具有较高的测量准确度,而且具有全场测试和非接触测量等优点.     

用光的干涉和衍射测量金属的线胀系数

在光的干涉实验中只要测出干涉条纹随金属温度变化的个数,进而求出金属长度随温度的变化量,在光的衍射实验中则利用衍射条纹的间距与缝宽之间的关系,通过测量衍射条纹的间距求出温度变化时待测金属的长度变化量,从而计算出待测金属的线胀系数。     

基于光纤微腔的温度及折射率同时测量型传感器

基于多光束干涉原理,设计了一种基于光纤微腔的温度及折射率同时测量的反射型光纤传感器.该传感器将渐变折射率多模光纤的一端用氢氟酸腐蚀形成一个空气腔,带空气腔的渐变折射率多模光纤一端和单模光纤熔接,另一端切平构成传感头.实验选取渐变折射率多模光纤的长度为538.1μm,空气腔长度为40.8μm.结果表明:光纤微腔结构所形成的多光束干涉光谱条纹对比度与光纤微腔外的溶液折射率相关,干涉波峰移动与环境温度相关,通过监测条纹对比度和干涉波峰的移动,可以实现对折射率和温度的同时测量.当折射率在1.341 5~1.432 0RIU变化时,反射强度对折射率的灵敏度为57.24dB/RIU;当温度在30℃~70℃之间变化时,谐振波长对温度的灵敏度为12.3pm/℃,可检测到的最小温度变化为1.2℃,测得最小折射率变化为3.4×10-4.该传感器也可应用于其他参量的测量,具有良好的应用前景.     

相位调制全光纤Mach-Zehnder干涉仪传感实验

使用单模石英光纤设计了相位调制全光纤M-Z干涉仪传感实验系统,采用CCD技术显示干涉条纹的空间分布及其移动情况,同时利用光电检测及可逆计数技术实现移动条纹的自动计数.利用该系统进行了光纤温度传感、光纤应变传感原理性实验测试.     

介绍一种用全息实时干涉技术测量直线度的系统

1.引论利用全息实时干涉技术测量直线度的新方法已取得新的进展。其原理方法是一个工作台置于导轨上并沿其移动,当工作台位移时就有很多等倾干涉条纹产生。依据这些干涉条纹的形状和数量即可作定性、定量的测量。这个系统的优点是,在垂直移动路程的平面内进行测量,而当作横向位移时,二维方向(水平和垂直方向)的直线度也同时能够     

压电晶体位移特性曲线干涉自动测量方法

本文提出了压电晶体(PZT)位移物曲线自动干涉测量方法,该方法利用干涉仪把PZT的微位移量转化成干涉条纹相位变化量,通过快速傅里叶变换(FFT)方法自动复原干涉条纹中包含的相位的变化量,从而高精度地检测出PZT的位移特性曲线.根据该方法,利用CCD摄象机、图象板和干涉仪组合成一套光、机、电一体化的微位移自动测试系统,实际测量了我们研制的PZT随电压变化的位移特性曲线.实验表明,该方法原理实现简单,且能实现高精度、自动、实时和动态测量.     

全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温实验

阐述了全光纤马赫-曾德尔干涉仪的测温原理,并在20~40℃对测温系统进行了标定.利用Matlab数字图像处理技术对温度干涉条纹图像进行处理,设计了计算条纹移动数目的程序.通过测温实验对条纹记数程序进行了检验,有较好的准确度.     

应用于微细尺度流体温度测量的激光云纹技术

本文提出了一种可用于微细尺度流体温度测量的激光云纹技术。它利用光线穿过两个等节距的光栅产生莫尔条纹的原理，由莫尔条纹的位移量来计算光线穿过热流体时产生的偏转角，从而获得流体的温度场分布。激光云纹技术具有灵敏度高，稳定性好，空间分辨率高等一系列优点，为微尺度传热的实验研究提供了测试方法。本文详细阐述了激光云纹技术的光学原理、实验装置及其所获得的实验结果。     

光纤温度和应变特性研究实验仪的开发

针对目前光纤传感实验存在的问题, 搭建了光纤干涉实验平台. 利用计算机与摄像头的配合得到干涉 条纹移动数目( 取代传统用肉眼观察白屏的方法) , 利用温度传感器与计算机的结合取代传统的温度计, 可以在计算 机上同时采集到温度和移动条纹数, 实时描绘出温度和条纹移动数目的关系图, 或者应变和条纹移动数目的关系. 所建立的系统稳定可靠, 实验效果好, 更具现代科技气息     

基于F-P干涉仪溶液浓度微变量实时监测系统的研究

设计了一款基于Fabry-Perot(F-P)干涉仪监测溶液浓度微小变化量的传感装置.利用光纤传输激光并用分体CCD采集图像,实现对溶液浓度的高精度微变化量的实时监控和测量.从理论上分析了F-P干涉仪干涉条纹的改变数目Δk与溶液浓度微变化量Δc(Δk)之间的关系,采用平面F-P干涉仪实现高精度测量溶液浓度微变化量的原理和可行性.在实验上构建了由He-Ne激光器、石英光纤、平面F-P干涉容器腔、面阵分体CCD、计算机等组成的实验监控与测量装置,对三组不同浓度的甘油溶液进行测量,通过观察干涉条纹的改变数目测定溶液浓度的改变量,用实验结果标定溶液浓度微变化量Δc(Δk)与干涉条纹改变数目Δk之间的数学解析式.实验结果表明:采用该系统可以监测到10-4量级的溶液浓度的变化值.     

用双光收缩式径向剪切干涉仪测量气体温度场

为了适应大测试区的相位物体的测试研究和控制光学系统的成本,设计出双光收缩式径向剪切干涉光学系统。通过实验得到干涉条纹,用CCD摄入计算机,经Matlab编制傅里叶变换、相位去包裹和其他数值计算程序,解调干涉条纹的相位,计算出温度扰动产生的波面畸变量,它等于折射率变化引起的相位偏移值,用轴对称气体温度场重建方法,再现了气体温度场一个层面上的温度分布。实验结果与铜一康铜微型热电偶单点测温相比较,两者相差不大。实验表明该系统具有较高的精度和测试灵敏度,适于环境温差较小的相位物体热物理量的测量。     

测量平板玻璃折射率实验中干涉条纹不清晰原因的探讨

分析了利用分光仪测量平板玻璃折射率中条纹不清晰的原因,借助数值模拟得出与实验观测相同的干涉光强分布,明确了平板玻璃的楔角是干涉条纹不清晰的主要原因.通过对比不同楔角下条纹可见度随平板玻璃反射率的变化关系,确定了平板玻璃的最佳反射率为0.5至0.7之间,使学生在实验中可以观察到清晰的干涉条纹.     

基于多步相移法和偏振干涉光学层析光路的三维温度场测量

温度场的精密测量对机械、航空航天、生物医学、食品化工、电力、能源和环境等诸多行业都有重要意义。提出了一种基于多步相移法和偏振干涉光学层析光路的三维温度场测量方法。首先,结合马赫-曾德尔干涉光路结构与光学层析技术设计偏振干涉光学层析测量系统,并利用偏振器件的旋转实现多步相移以实现高精度信号检测。然后,通过指数型滤波反投影算法还原得到被测介质的三维折射率分布,进而获得三维温度场分布。最后,推导了测量公式并搭建了实验系统。误差分析表明,现有实验条件下的系统测量不确定度约为0.8℃。测量实验和比对结果表明,所测得的温度场与实际情况吻合,与铂电阻温度计的标定温度比对结果小于2℃。     

云纹干涉载频调制技术及分析

在物体变形场的测量中,云纹干涉的载频调制技术有重要作用.在云纹干涉中,对称光照明产生的衍射光沿试件栅表面的法线传播并产生干涉.通过改变照明光的入射角度,可实现变形条纹场的空间调制.通过光程差的分析说明了载波条纹产生的机理,得出了载波频率与照明光入射角度变化之间的关系式.利用三点弯曲加载结合二维载频调制实验,给出了实验结果.证明了在初始条纹较少的情况下,载频调制技术能有效地测量物体的位移场.     

基于干涉条纹图像对比法测量微位移

研究了基于迈克尔逊干涉条纹对比法测量微位移的实验。用He-Ne激光器、反射镜和分束镜组成的干涉光路,其中一个反射镜固定在被测物体上,通过被测物体的移动带动反射镜移动使干涉光路发生变化,从而导致干涉条纹的改变。在形成干涉条纹的位置利用线阵CCD采集干涉条纹图像,用序列图像对比的方法对图像进行处理和计算,得出被测物体的微位移。实验表明利用序列图像对比的方法测量微位移,方法切实可行、测量准确度高、测量的精度能够达到微米量级。     

扫描干涉场曝光系统中干涉条纹周期精确测量方法

扫描干涉场曝光系统中的干涉条纹周期是相位锁定系统的重要参数,为精确测量干涉条纹周期,根据扫描干涉场曝光系统的特点提出了分束棱镜移动测量干涉条纹周期的方法,根据高斯光束传播理论,分析了该方法的理论误差;提出了周期计数法对周期测量数据进行计算。为降低对系统二维工作台运行及稳定精度的要求,提出了小行程高精度位移台辅助测量周期的方法,并进行了相关实验验证。结果表明:小行程位移台辅助周期测量方法在原理上可行,对于干涉条纹线密度1800 line/mm的系统参数,小行程位移台辅助周期测量的重复性可达到1.08×10-5(σ值),曝光实验的实测值与理论模型之间一致性较好,验证了该周期测量方法的可行性。