[发明专利]基于散斑干涉的测温装置及采用该装置的测温方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于散斑干涉的测温装置及采用该装置的测温方法。

背景技术

温度是科研、生产中的一个重要参数，温度的测量也是一个古老的问题。传统的温度测量方法的技术理论比较完善，但是，在很多实际的测量场合以及特殊的条件下，这些测温方法却存在很多的问题，采用常规的测量手段难以满足要求，因此，就需要进一步对原有的方法进行完善，或者探索新的温度测量方法，以满足实际的需求。

散斑干涉测量技术是60年代末由J.M.Burch和J.T.Kardki首先提出的一种光学测量技术，具有非接触、测量精度高、对环境的防震要求低、可在明光下操作、能进行全场测量等特点，因而广泛应用于光学粗糙表面的变形测量和无损检测领域。随着计算机技术、电子技术和数字图像处理技术的发展，形成了电子散斑干涉测量技术(electronic speckle pattern interferometry，简称ESPI)，它具有实时处理信息、实时显示干涉条纹、快速方便、对工作环境的防震要求低并可以实现条纹自动化测量等优点。

现有的测温装置或方法获得的测温结果的准确度较低、测温范围较小、测温速度较慢。

发明内容

本发明是为了解决现有的测温方法获得的测温结果的准确度较低、测温范围较小、测温速度较慢的问题，从而提供一种基于散斑干涉的测温装置及采用该装置的测温方法。

采用如下技术方案：

一种基于散斑干涉的测温装置，包括计算机(9)、绿光半导体激光器(1)、激光扩束器(2)、半反半透镜(3)、参考漫反射面(4)、热源(6)、滤光片(7)和CCD摄像机(8)，热源(6)用于给待测试件(5)加热；滤光片(7)安装在CCD摄像机(8)的拍摄端，用于滤除待测试件(5)受热后的辐射光；绿光半导体激光器(1)出射的激光经扩束器(2)扩束后入射至半反半透镜(3)，经半反半透镜(3)后获得反射光和透射光，所述反射光入射至待测试件(5)的前表面，并产生物面反射光；经半反半透镜(3)后获得的透射光入射至参考漫反射面(4)产生漫反射光，并反射至半反半透镜(3)；CCD摄像机(8)用于拍摄漫反射光和物面反射光在待测试件(5)前表面叠加形成的散斑图像，所述CCD摄像机(8)的图像信号输出端与计算机(9)的图像信号输入端连接；待测试件(5)为能够在受热条件下产生形变的试件；计算机(9)将获得的加热后待测试件(5)前表面的散斑图像与获得的加热前待测试件(5)前表面的散斑图像进行图像相减，获得暗斑条纹级数n；将所述暗斑条纹级数n代入公式：

T=1+kTEα1·nλ2+T0]]>

获得待测试件的温度T；

式中：α为体胀系数，k_T为等温压缩系数，E为弹性模量，l为待测试件(5)的原始厚度，λ为激光波长，T₀为原始温度。

所述的基于散斑干涉的测温装置，所述滤光片(7)是与绿光半导体激光器(1)波长相对应的绿光滤波片。

所述的基于散斑干涉的测温装置，计算机(9)中内嵌有Matlab软件，所述Matlab软件用于对待测试件(5)前表面的散斑图像进行图像处理。

所述的基于散斑干涉的测温装置，待测试件(5)为发动机外壳。

所述的基于散斑干涉的测温装置的测温方法，包括以下步骤：

步骤一、采用CCD摄像机(8)拍摄加热前待测试件(5)前表面的散斑图像；

步骤二、采用热源(6)对待测试件(5)进行加热，在待测试件(5)发生形变后，采用CCD摄像机(8)拍摄加热后待测试件(5)前表面的散斑图像；

步骤三、采用计算机(9)将步骤二获得的加热后待测试件(5)前表面的散斑图像与步骤一获得的加热前待测试件(5)前表面的散斑图像进行图像相减，获得暗斑条纹级数n；

步骤四、将步骤三获得的暗斑条纹级数n代入公式：