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℃。     

三维电子散斑干涉载频调制及其在柴油机上的应用

将电子散斑干涉场的三维载波调制技术应用到三维物体变形测量中.用水平方向、竖直方向及垂直试件表面的三路相干光分别照明物体,在水平和竖直方向通过控制反射镜的微小偏转引入载波,实现位移场干涉条纹的调制;利用物体的微小偏转实现离面位移场干涉条纹的调制;结合傅里叶变换法,分别解调出变形场的位相,从而实现了物体三维变形场的精确测量.将该技术应用到柴油机油泵的三维位移测量上,成功测量了油泵的三维位移场.     

基于单光场相机的火焰三维温度场测量

相比于传统相机,光场相机不仅可记录投射到相机探测器上光线的强度,而且能分辨光线的方向。本文在光场成像技术基础上,提出一种基于单光场相机的火焰三维温度场测量新方法。建立了基于光场成像的火焰辐射正向计算模型,追迹了燃烧火焰投射到光场相机探测器上每个像素对应的辐射光线,并用源项六流法(SSF)计算了对应光线的辐射强度,获得了光场相机探测面强度分布。建立了基于QR分解的最小二乘算法温度场反演模型,获得了火焰的三维温度场,并对温度场反演结果进行了分析。计算结果证明了该方法测量火焰三维温度场的可行性。     

卷积反投影法重建温度场

电子散斑干涉技术是近年发展起来的一门新兴的测量技术,它由光干涉原理测量物理场的密度、温度分布等,这种测量技术是由物理场在不同截面、不同方向上的投影值反求场分布,这非常类似于CT技术。简述二维重建的基本原理,着重介绍卷积反投影重建算法。依此原理,模拟了双高斯分布函数的投影,并由平行束卷积法重建出模拟的温度场。为了指导电子散斑干涉实验,模拟了三种可能实验误差,并分别给出了重建结果。由于电子散斑干涉测量(投影)的方向个数小,提出了双线性滤波算法,使在测量值稀疏的条件下得到较好重建结果。     

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。     

船体三维角度变形的自准直干涉测量方法

以自准直原理基础,将光栅干涉原理引入,提出了一种能对船体三维变形测量的自准直干涉法。分析了测量三维角度变形的自准直干涉原理,并根据该原理设计了光学系统,系统主要包括两个主光路,自准直光路和光栅干涉光路,并且两路光部分共光路。自准直光路可以实现船体的二维测量;自准光栅的像和反射光栅干涉可测量船体的另一维变形,从而实现了船体三维变形的测量。给出了计算三维角变形的理论公式,最后进行了精度分析。试验结果表明,在±30′的视场范围内,系统精度达到2″,该方法不仅适用于船体也适用于其它物体三维角度变形的测量。     

利用迈克耳孙干涉仪重建蜡烛火焰温度场

利用教学实验中的迈克耳孙干涉仪,进行蜡烛火焰温度场的测量.对干涉条纹进行了处理和细化,并分别用阿贝尔变换法和环带法对蜡烛火焰的温度场进行了计算,得到蜡烛火焰横截面上温度场的定量结果.     

三维应力分析

三维内应力分析目前常用冻结切片法和散光法进行测量。1970年Н.К.АЬеn提出改变入射光偏振状态或波长来求解各片层的平面应力.迄今,三维主应力σ_1,σ_2及σ_3的测量与分析还未见有完满的光学切片法。本文对板形受力构件推广了Н.К.АЬеn的方法,改变入射光的波长,在三个方向进行偏光特性测量,而在厚度方向与干涉光弹或全息光弹结合,这样,通过文中的分析就能提供各应力单元的三个主应力的空间方向与大小的信息.     

流场三维层析与高速干涉摄影

瞬态三维流场的层析,需要拍摄多方向干涉图,然后利用计算机进行层析。高速摄影能够记录瞬态过程的外部形象变化,给予定性的观察而不能定量描述,即使利用纹影、阴影技术也只能给出流场冲击波的二维定性结构。人们曾利用漫射全息干涉法来获得多方向干涉图,从而进行流场的三维定量计算。在这种方法中,由于干涉条纹是空间地定域于一曲面上,从各方向难于翻拍到清晰的干涉图,观察角度由于受到测域区域的     

基于Levenbery-Marquardt算法的点衍射三维坐标测量方法

针对现有点衍射三维坐标测量系统中的坐标高精度解调问题,提出了一种基于Levenbery-Marquardt(LM)算法的点衍射干涉测量方法。基于L-M算法的点衍射测量技术是以点衍射干涉理论为基础,在实现干涉场相位分布信息解调的基础上运用基于L-M算法的二重迭代算法重构出点衍射源的三维坐标。为验证所提出测量方法的可行性,同时进行了计算机仿真和测量实验,并与三坐标测量机的测量结果进行了对比。结果表明:该测量方法可在xyz三维方向上100mm×100mm×300mm空间范围内实现优于微米量级的测量精度。该测量方法具有不依赖算法迭代初值、测量精度高、运算速度快、抗噪声能力强等诸多优点,在三维坐标测量及测量系统的校准中具有较好的实用性。     

E. 高速全息摄影和激光干涉测量的进展

本文对高速全息摄影和激光干涉测量术的最新发展作了详细评述。     

基于有限元的舌体三维温度场数值模拟

依据生物体自然形态所进行的三维温度场建构与计算是近年来国内外生物传热研究中的焦点之一.采用血管铸型的方法获取猪舌的血管树,通过数码成像及逆向建模将其转换为计算机可识别的数字模型.以Pennes方程为基准方程,对自然形态和实际传热状态下的舌体三维温度场进行了重构计算,并获得成功.通过此方法可获取其它生物体器官三维空间的温度分布,对本研究而言,舌体三维温度场计算的成功为探索生物传热与中医舌诊的机理研究搭建了技术平台.     

In-cylinder temperature field measurement with laser shearing interferometry for spark ignition engines

The temperature field in combustion chamber of spark ignition engine is measured using laser shearing interferometry and high-speed photography in this paper. A set of experimental facility is set up. The relationship equation between the interference fringe image and temperature distribution is deduced. Changing the shearing interferometry quantity, the two-dimensional temperature field of engine combustion chamber and flame propagation can be measured quantitatively by image processing. The test results indicate that the shearing interferometric method has a strong vibration resistance, and a simple and reliable optical path. The temperature distribution and the temperature gradient are different in different zones. The temperature is highest in the burning zone and the temperature gradient is large. The temperature is lower in the burned zone and the temperature gradient is smaller. The temperature is lowest in the unburned zone but the temperature gradient is large. At the initial period of combustion, the flame propagation velocity is low. In the combustion process, the flame front in the approximate spherical shape pushes toward the unburned zone, and the flame propagation velocity starts to decrease. It rapidly increases until it reaches the maximum value as the combustion process going on, and then it gradually decreases until it has burned in the entire combustion chamber.     

Testing micro devices with fringe projection and white-light interferometry

Optical sensors are very suitable for the analysis of microscopic structures and micro devices. We compare two very promising methods: the white-light interferometry and the fringe projection technique for the application to this task. The fringe projection is very useful for fast measurement of objects with vertical dimensions of some μm. White-light interferometry is especially useful for highly resolved 3-D measurements. Furthermore, we present a new technique, the scanning fringe projection (SFP), which enables absolute 3-D measurements with one single grating period.     

The development of full field interferometric methods for fluid velocimetry

The development of full field interferometry as a velocimetry technique in experimental fluid mechanics from its inception in 1977 to the present is discussed. In 1977, holographic interferometry (HI) was applied for the first time to measure the velocity field in a liquid flow. It was not until 1998 that the first application to a gaseous flow was reported. The only kind of speckle interferometry that has been applied to measure velocity fields so far is digital speckle pattern interferometry (DSPI). It was in 1999 that DSPI was demonstrated both in a liquid and a gaseous flow.     

Phase-shifting interferometric profilometry with a wavelength-tunable diode source

A phase-shifting interferometer with a tunable external-cavity laser diode has been constructed for forming three-dimensional (3-D) phase profiles. The interference phase is shifted equally in four steps by varying the source wavelength. Profilometry is achieved by measuring the phase shifts that are extracted by the Carré algorithm. The linear regression of the distance measurement from 40 μm to 13mm has been experimentally demonstrated by phase-shifting interferometry. A laser-diode interferometer has been applied to 3-D profile measurement for a step-mirror object at a deep depth.     

高超声速三维热化学非平衡电离流动计算研究

研究发展了一种计算高超声速三维热化学非平衡电离流动的数值方法。真实气体热力学状态是通过平动-转动温度和电子-振动温度来模拟。对零攻角轴对称钝锥体和有攻角钝锥体的高超声速电离流动,采用隐式有限体积法NND格式,数值求解NS方程。     

动态三维面形测量

本文简述三维测量的必要性和要求，提出用光栅莫尔三维测量，激光全息干涉计算和计算机全息干涉计量的工作原理。     

云纹干涉法在线复制变形光栅技术研究

介绍了一种云纹干涉法现场转移高密度光栅的新工艺，将现场转移光栅与实验室测量有机结合起来，同时得到物体变形的面内U、V位移场。从理论上分析讨论该方法的可行性及误差。通过实验验证该方法与传统云纹干涉法具有相同的灵敏度和量程，使云纹干涉法应用范围更加广泛。