現(xiàn)代測試技術(shù)考試內(nèi)容

1、溫度場1紅外線熱像儀:紅外線是一種電磁波，具有與無線電波和可見光一樣的本質(zhì)。紅外線的發(fā)現(xiàn)是人類對自 然認(rèn)識(shí)的一次飛躍。利用某種特殊的電子裝置將物體表面的溫度分布轉(zhuǎn)換成人眼可見的圖 像，并以不同顏色顯示物體表面溫度分布的技術(shù)稱之為紅外熱成像技術(shù)，這種電子裝置稱為 紅外熱像儀。紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)（目前先進(jìn)的焦平面技術(shù) 則省去了光機(jī)掃描系統(tǒng)）接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元 上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測器之間，有一個(gè)光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)（焦平面熱像儀無此機(jī)構(gòu)）對被測 物體的紅外熱像進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電 信

2、號，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標(biāo)準(zhǔn)視頻信號通過電視屏或監(jiān)測器顯示紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng);實(shí)質(zhì)上是被測目標(biāo)物體各部分紅外輻射的熱 像分布圖由于信號非常弱，與可見光圖像相比，缺少層次和立體感，因此，在實(shí)際動(dòng)作過程 中為更有效地判斷被測目標(biāo)的紅外熱分布場，常采用一些輔助措施來增加儀器的實(shí)用功能， 如圖像亮度、對比度的控制，實(shí)標(biāo)校正，偽色彩描繪等高線和直方進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算、打印等2光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)是非接觸式輻射法單色測量儀，它遵循普朗克黑體輻射定律和維恩位移定 律，即隨著溫度的升高，與輻射能量密度極大值對應(yīng)波長向短波方向移動(dòng)。光學(xué)高溫計(jì)有燈絲隱滅式和濾波式兩類。燈絲隱滅式就是使被測物

3、體成像于高溫計(jì)燈泡 的燈絲平面上，通過光學(xué)系統(tǒng)在一定波段范圍內(nèi)比較燈絲與被測物體的表面亮度，調(diào)節(jié)燈絲 的亮度與被測物體的亮度相均衡，使燈絲輪廓隱滅于被測物體的影像中，如圖1所示。電流 表所示讀數(shù)即為被測物的溫度值。濾波式采用的是將燈泡燈絲的電流固定，使之發(fā)光強(qiáng)度一 定，再用可變的濾光片將被測的光度強(qiáng)弱加以濾光，使被測物的光度與燈泡度相等，此時(shí)連 在濾光片上的刻度即為被測物的溫度。3雙色法（三色法）雙色法是基于固體熱輻射的測溫方法。其測量原理為:測出火焰發(fā)射出的輻射光在某兩個(gè)波 長上的強(qiáng)度,然后利用由輻射學(xué)建立的兩個(gè)強(qiáng)度與溫度的方程，消去一個(gè)代表輻射率的未知 因子，計(jì)算出所要的溫度，再代回原方程

4、中的一個(gè)，算出與碳煙有關(guān)的KL因子。流場1LDV （激光多普勒）LDV依靠流體中存在的與流體一起運(yùn)動(dòng)的示蹤粒子進(jìn)行工作，若一顆運(yùn)動(dòng)中的示蹤粒子 穿過一束入射激光，則只有當(dāng)示蹤粒子的運(yùn)動(dòng)速度垂直于入射激光的照射方向時(shí)，它所感知 的頻率才會(huì)與入射激光本身的頻率相等，否則示蹤粒子所感知的激光頻率就等比入射激光本 身的頻率高或者低。LDV測試系統(tǒng)主要由激光器、入射光學(xué)單元、接收或收集光學(xué)單元、多普勒信號處理器、數(shù)據(jù)處理器、測試軟件及輔助系統(tǒng)組成。激光器是一種單色相干光源一般采 用連續(xù)氣體激光器，如小功率氦-氖激光器和大功率兼離子激光器。入射光學(xué)單元把激光束按 一定要求分成多束相互平行的照射光束,通過聚

5、焦透鏡會(huì)聚到測試點(diǎn)。接收光學(xué)元件收集粒 子通過測量體時(shí)向四周發(fā)出的散射光,經(jīng)轉(zhuǎn)換得到具有多普勒頻移的光電流信號。信號處理 器和數(shù)據(jù)處理器處理光電流信號，濾去噪聲，計(jì)算出測試點(diǎn)流體速度。粒子2PIV (粒子成像測試儀)粒子圖像測速儀(PIV)是一種非接觸式的流場測量技術(shù)。由于它具有不干擾測量的流場、較 高的精度和空間分辨率、能測瞬時(shí)速度場，并對整個(gè)流場上全部速度矢量進(jìn)行描述等優(yōu)點(diǎn)，。 PIV測量技術(shù)的原理是：由已知時(shí)間間隔內(nèi)流場中微小粒子的位移計(jì)算出速度矢量。雙脈 沖激光器發(fā)出的時(shí)間間隔為At的激光脈沖通過圓柱形光學(xué)透鏡形成激光片，照亮所要研究 的流場區(qū)域。待測區(qū)域中已撒布有合適的示蹤粒子，激光

6、照射到粒子上粒子便會(huì)散射或反射 與待測區(qū)域垂直的拍攝相機(jī)CCD將拍攝到兩次激光脈沖所形成的待測區(qū)域流場圖。這幅 待測區(qū)域流場信息照片將通過數(shù)據(jù)傳輸線傳給數(shù)據(jù)處理器，處理器通過一定的算法算得每點(diǎn) 或區(qū)域在時(shí)間內(nèi)的位移，就可以方便的得出每個(gè)點(diǎn)或區(qū)域的速度值，這樣就形成了原始的矢 量圖。再傳輸?shù)窖b有處理軟件的計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理得到待測流場的其它信息。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)PIV測試系統(tǒng)主要由光路系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、同步控制及圖像處理系統(tǒng)等部分組成， 如圖所示。其中，光路系統(tǒng)主要包括連續(xù)或脈沖激光器、光傳輸系統(tǒng)和片光源光學(xué)系統(tǒng)；圖 像采集系統(tǒng)主要由電荷耦合器件(CCD)作為圖像傳感器，又稱為CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。圖像處

7、理 系統(tǒng)包括幀抓取器和分析顯示軟件。幀抓取器將粒子圖像數(shù)字化，并將連續(xù)圖像儲(chǔ)存到計(jì)算 機(jī)的內(nèi)存中。分析顯示軟件分析視頻或照相圖像，顯示采樣的圖像數(shù)據(jù)和速度矢量場測試時(shí) 激光器發(fā)出激光束，光學(xué)元件將光束變成片光源照亮被測流場。如果采用脈沖激光器，需設(shè) 置脈沖間隔、脈沖延遲時(shí)間等。高速CCD相機(jī)捕捉2個(gè)激光脈沖照亮流場的兩幅圖像，并將圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳入計(jì)算機(jī)。然后通過專用的軟件（Insight）采用的圖像處理算法 匹配圖像粒子對，就可以得到測試區(qū)域的速度矢量場。PIV技術(shù)的關(guān)鍵在于要有比較好的光學(xué)成像和分析系統(tǒng)，圖像分析的關(guān)鍵在于有效建立 示蹤粒子圖像位移的算法，目前常用的算法是FFT相關(guān)分析

8、法。FFT算法是以統(tǒng)計(jì)的方法，通 過確定局部詢問區(qū)內(nèi)粒子群圖像中心的位移，來得到流場的。這種方法比較適用于示蹤粒子 濃度較高的流場。如果粒子濃度低，需要單獨(dú)跟蹤單個(gè)示蹤粒子所形成的微粒圖像，來確定微粒的速度場 及其導(dǎo)出物理量，往往要采用BICC算法，該算法是FFT相關(guān)算法的補(bǔ)充，是根據(jù)模式相關(guān)系 數(shù)的大小來跟蹤單個(gè)粒子的，從而確定稀相微粒速度場。BICC算法只需確定粒子對中心坐標(biāo), 與真實(shí)粒子的形狀、顏色和大小無關(guān),具有計(jì)算量小、計(jì)算速度快的優(yōu)點(diǎn)。PIV技術(shù)可得到瞬時(shí)全流場定量信息，給出粒子粒徑與其速度的分布，因而PIV技術(shù) 已被發(fā)展應(yīng)用于測量噴霧特性。但因PIV噴霧場測量中不僅要給出粒徑分布

9、，而且還要測 出不同粒徑速度分布，因此PIV噴霧測量的圖像處理技術(shù)要比氣相困難得多。目前利用PIV 測量噴霧場主要困難在于：（1）對粒子進(jìn)行識(shí)別時(shí)，粒子和背景的差別就在于灰度值的不同， 識(shí)別的依據(jù)只能是灰度。而部分粒子的重疊使粒子識(shí)別變得困難，即有一些粒子可能重疊 在一起，或者相鄰太近而無法分辯油粒。（2）由于粒子對激光具有反射、散射等作用，使 得片光源變寬，同時(shí)使粒子在拍攝的圖像上顯示比真實(shí)略大一些。（3）試驗(yàn)過程中的震動(dòng)和 噪音會(huì)在圖像上形成噪點(diǎn)，所以在PIV的圖像處理上必需進(jìn)行除噪處理。3、紋理法紋影技術(shù)是利用光在被測流場中的折射率梯度正比于流場的氣流密度的基本原理進(jìn)行 測量的，廣泛用于

10、觀測氣流的邊界層、燃燒、激波、氣體內(nèi)的冷熱對流以及風(fēng)洞或水洞流場。在光學(xué)儀器系統(tǒng)中，紋影儀屬于共軸球面系統(tǒng).該系統(tǒng)有兩個(gè)成象過程，一個(gè)是光源（狹 縫）ad物空間子午面成象在儀器光刀刀口平面a d象空間共扼面上;另一個(gè)是被測流場擾 動(dòng)區(qū)gj物空間子午面成象在儀器的照相膠片（或觀察屏）幻象空間共扼面上兩組共扼面之 間經(jīng)過紋影儀的準(zhǔn)直鏡M,和紋影鏡MZ以及照相機(jī)物鏡,光線構(gòu)成了點(diǎn)和面的對應(yīng)關(guān)系（圖 1 ）光源O紋影圖是在儀器的狹縫或光刀刀口這一組共扼面中插入光學(xué)部件來獲得在a d插入 金屬光刀，可得到黑、白紋影圖;使用白光光源，在ad或a d 插入彩色濾光片,可得到彩色紋 影圖;插入干涉部件,則可得

11、到干涉紋影圖（無限寬條紋干涉圖）。紋影法測量的是紋影圖片的照相密度量(圖象的反差值)，這種測量存在著比較嚴(yán)重的誤 差源.干涉紋影法測量的是干涉條紋的寬窄及其位移量,可以測量得比較準(zhǔn)確.因此，紋影技術(shù) 中的黑、白和彩色紋影法主要用于流場的定性顯示,干涉紋影法才用于流場的定量研究.但是 如果用氣流密度計(jì)對紋影圖的反差進(jìn)行量化分級，或統(tǒng)計(jì)分析大量彩色紋影圖片彩色的變 化,仍可以得到氣流的密度量。圖1紋影系統(tǒng)光路4激光全息以光的干涉、衍射等物理光學(xué)的規(guī)律為基礎(chǔ)，引入適當(dāng)?shù)南喔蓞⒖疾ǎ粌H記錄了物光 的振幅信息，而且也把在普通照相過程丟失的位相信息記錄下來。在感光底板上得到的不是 物體的像，而是物光與參

12、考光的干涉條紋，這些條紋的明暗對比度、條紋的形狀和疏密反映 了物光波的振幅和相位分布。經(jīng)過顯影、定影處理后，變得到了一張全息圖。它相當(dāng)于一塊 復(fù)雜的光柵，只有在適當(dāng)?shù)墓獠ㄕ彰飨虏拍苤亟ㄔ瓉淼奈锕獠?。全息照相得到的是三維立體 的實(shí)像。物象之間的關(guān)系是點(diǎn)面對應(yīng)的，全息圖上每一點(diǎn)都記錄了所有的物光信息，無論磨 損還是殘破，只要得到一小塊兒全息圖，就能把原來的物體真實(shí)再現(xiàn)出來。激光全息照相的拍攝要求也要比普通照相嚴(yán)格得多。首先，光源必須是相干光源，全息 照相是根據(jù)光的干涉原理，因此要求光源必須具有很好的相干性5。激光的出現(xiàn)，為全息照提 供了一個(gè)理想的光源。其次，全息照相系統(tǒng)要具有穩(wěn)定性，由于全息底片上

13、記錄的是又細(xì)又 密的干涉條紋，所以在照相過程中極小的干擾都會(huì)引起干涉條紋的模糊,甚至使干涉條紋無法 記錄，為此，要求全息實(shí)驗(yàn)臺(tái)是防震的，全息臺(tái)上的所有光學(xué)器件都用磁性材料牢固地吸在 工作臺(tái)面鋼板上，另外，氣流通過光路,聲波干擾以及溫度變化都會(huì)引起周圍空氣密度的變化， 因此，在曝光時(shí)應(yīng)該禁止大聲喧嘩,不能隨意走動(dòng)，保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)室絕對安靜。再次，物光和參 考光的光程差應(yīng)盡量小,最多不能超過2cm。還有，就是必須使用高分辨率的全息底片，因 為全息照相底片上記錄的是又細(xì)又密的干涉條紋，所以需要高分辨率的感光材料。普通照相 用的感光底片由于銀化物的顆粒較粗，每毫米只能記錄50100個(gè)條紋，激光全息干板其

14、分辨 率可達(dá)每毫米3000條，能滿足全息照相的要求6。最后，全息照片的沖洗過程沖洗過程也是 很關(guān)鍵的?？偟膩碚f，激光全息照相對條件的要求還是很苛刻的。三噴霧場、濃度場1紋理法2LIF (PLIF)激光誘導(dǎo)熒光發(fā) 當(dāng)物質(zhì)在受特定波長的激光照射后，分子吸收光子能量使電子躍遷至較高能級成為激發(fā)態(tài)分 子。在很短時(shí)間內(nèi)激發(fā)態(tài)分子的電子自發(fā)放射能量而衰竭的同時(shí)以光的形式放出它們所吸收 的能量，所發(fā)出的光便是熒光。在一定溫度和壓力下，不考慮與周圍分子碰撞時(shí)，熒光強(qiáng)度 通常與入射光強(qiáng)、被測物質(zhì)濃度成一定的比例關(guān)系，利用這種關(guān)系可以通過熒光強(qiáng)度的測量 而得到被測物質(zhì)濃度。這種方法就是激光誘導(dǎo)熒光法，及LIF。圖

15、為LIF示意圖。圖LIF示意圖LIF在有氧存在的情況下熒光信號會(huì)由于激發(fā)態(tài)分子與氧的碰撞而減弱或熄滅，在高溫 高壓進(jìn)行定量測量比較困難。另外，這種方法可定性測量噴霧中燃油的濃度，但是目前無法 區(qū)分氣相和液相。四燃燒場1LIF五、故障診斷熱工參數(shù)、振動(dòng)分析、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速、油液分析六、排放1化學(xué)發(fā)光法化學(xué)發(fā)光法原理是NO和03反應(yīng)生成激發(fā)態(tài)的二氧化氮No2，當(dāng)No2躍遷回基態(tài)時(shí)放出 光子,光強(qiáng)與N0濃度成正比,光電轉(zhuǎn)換器吸收光子產(chǎn)生光電流,光電流強(qiáng)度與N0濃度成線性, 可通過光電流強(qiáng)度判定NO濃度。為得到Nox的總濃度,該方法要求把待測氣樣中的N02預(yù) 先轉(zhuǎn)化為NO。2色譜法（FID）氣相色譜法的分離

16、原理是利用要分離的諸組分在流動(dòng)相（載氣）和固定相兩相間的分配 有差異（即有不同的分配系數(shù)），當(dāng)兩相作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些組分在兩相間的分配反復(fù)進(jìn)行， 從幾千次到數(shù)百萬次，即使組分的分配系數(shù)只有微小的差異，隨著流動(dòng)相的移動(dòng)可以有明顯 的差距，最后使這些組分得到分離。氣相色譜法的理論基礎(chǔ)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，即色譜過 程動(dòng)力學(xué)和色譜過程熱力學(xué)，也可以這樣說，組分是否能分離開取決于其熱力學(xué)行為，而分 離得好不好則取決于其動(dòng)力學(xué)過程。3NDIR利用非分光紅外（NDIR）對氣體組份進(jìn)行分析的基礎(chǔ)是，各種分子具有不同的能級，就是 在同一分子中，也有很多振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級。只有當(dāng)外來輻射能的頻率滿足（E2-E1）=h

17、v所規(guī)定 的頻率才有可能被這種分子所吸收，并產(chǎn)生有選擇性的吸收能量的躍遷。（E2-E1）為躍遷前后 的能級的能量，為普朗克常數(shù),v為外來輻射的頻率,這種頻率為各種分子的特征頻率或特征波 長。大部分有機(jī)和無機(jī)多原子分子在紅外區(qū)都有其各自的特征吸收波長，而且特征吸收波長 往往不止一個(gè).所以，吸收譜線可作為識(shí)別不同氣體分子的“指紋”，根據(jù)對吸收譜線的位置 和強(qiáng)度探測可以確定分子的成分和濃度。4氫焰離子化檢測器氫焰離子化檢測器是利用有機(jī)物在氫氣一一空氣火焰中產(chǎn)生離子化反應(yīng)而生成許多 離子對，在加有一定電壓的兩極間形成離子流。測量離子流的強(qiáng)度就可對該組分進(jìn)行檢測。 它具有靈敏度高、響應(yīng)快、線性范圍寬、死

18、體積小等優(yōu)點(diǎn)，是目前廣泛使用的一種檢測器。 5不透光煙度計(jì)將一束光穿過密度和溫度一致的氣體時(shí)，由于光被吸收和散射，使其強(qiáng)度衰減。吸收就 是光轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量，散射就是由于反射、折射而引發(fā)的光發(fā)散，吸收系數(shù)就是 反映光吸收和散射的情況。不透光煙度計(jì)是以光衰減的物理原理為工作原理，一束光被廢氣的微粒所遮蔽，光束的 強(qiáng)度與光通過的長度成正比。N=100（卜 ek1）=100（卜 I / 10）式中N不透光度；10入射光的強(qiáng)度；I出射光的強(qiáng)度；L光路長度；K光吸收系統(tǒng)，單位為（m-1）光吸收系數(shù)是不透光值的基本單位，它與通道長度無關(guān)，通道長度L定義為光路長度， 單位是（m1）。光吸收系數(shù)可根據(jù)其體溫度和壓力進(jìn)行修正。如公式所示，不透光度與所使 用的光路長度有關(guān)，而光吸收系數(shù)則與光路長度無關(guān)。光路長度國際上采用0. 43m來計(jì)算 顯示N值。不透光煙度計(jì)根據(jù)其取樣方式的不同而分為全流式和取樣式（或稱分流式）兩種。全流式 不透光煙度計(jì)根據(jù)測量時(shí)的安裝方式不同，又可分為在線式和線端式兩種。