专利名称：基于散斑干涉的测温装置及采用该装置的测温方法
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 specklepattern 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—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(I)、激光扩束器(2)、半反半透镜(3)、参考漫反射面(4)、热源￠)、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⑶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(I)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
I+ kTE nXT - --- ——+ L
al 2 0获得待测试件的温度T ；
式中a为体胀系数，kT为等温压缩系数，E为弹性模量，I为待测试件(5)的原始厚度，、为激光波长，Ttl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(I)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⑶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
权利要求
1.一种基于散斑干涉的测温装置，其特征是包括计算机(9)、绿光半导体激光器(I)、激光扩束器(2)、半反半透镜(3)、參考漫反射面(4)、热源￠)、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⑶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(I)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參考漫反射面(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
2.根据权利要求I所述的基于散斑干涉的测温装置，其特征在于，所述滤光片(7)是与绿光半导体激光器(I)波长相对应的绿光滤波片。
3.根据权利要求I或2所述的基于散斑干涉的测温装置，其特征在于，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。
4.根据权利要求I所述的基于散斑干涉的测温装置，其特征在于，待测试件(5)为发动机外壳。
5.基于权利要求I所述的基于散斑干涉的测温装置的测温方法，其特征是包括以下步骤 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； 步骤ニ、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)将步骤ニ获得的加热后待测试件(5)前表面的散斑图像与步骤ー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
6.根据权利要求5所述的基于散斑干涉的测温方法，其特征在于，步骤四中所述体胀系数a是通过公式
7.根据权利要求5所述的基于散斑干涉的测温方法，其特征在于，步骤四中所述等温压缩系数kT是通过公式
全文摘要
本发明公开了一种基于散斑干涉的测温装置及采用该装置的测温方法，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；它解决了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。
文档编号G01K5/50GK102735357SQ20121021404
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者任小芳, 侯晔星, 张磊磊, 王小燕, 王绪财, 王高 申请人:中北大学