基于等厚干涉的温度可视化装置及温度可视化方法
阅读说明：本技术 基于等厚干涉的温度可视化装置及温度可视化方法 (Temperature visualization device and temperature visualization method based on equal thickness interference ) 是由 居露 翁雨燕 方亮 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明揭示了一种基于等厚干涉的温度可视化装置及温度可视化方法,温度可视化装置包括安装架、升降台、单色光源、干涉显示装置、电源和帕尔贴,升降台安装在安装架上,单色光源设置在安装架上,干涉显示装置和帕尔贴设置在升降台上,帕尔贴设置在干涉显示装置的下方,帕尔贴与电源连接,单色光源提供照向干涉显示装置的单色光,从而在干涉显示装置上形成干涉条纹,电源为帕尔贴供电,当电源电压变化时,帕尔贴的温度发生改变,干涉条纹也随之变化。本发明中的基于等厚干涉的温度可视化装置通过干涉条纹的变化能精确快速地看到发热位置,为分析热源提供了很好的依据,可用于热故障的精准定位；本发明成本低,响应时间快,使用范围广泛。(The invention discloses a temperature visualization device and a temperature visualization method based on equal-thickness interference, wherein the temperature visualization device comprises a mounting rack, a lifting platform, a monochromatic light source, an interference display device, a power supply and a Peltier, the lifting platform is mounted on the mounting rack, the monochromatic light source is arranged on the mounting rack, the interference display device and the Peltier are arranged on the lifting platform, the Peltier is arranged below the interference display device, the Peltier is connected with the power supply, the monochromatic light source provides monochromatic light for irradiating the interference display device, so that interference fringes are formed on the interference display device, the power supply supplies power to the Peltier, and when the voltage of the power supply changes, the temperature of the Peltier changes, and the interference fringes also change along with the change of the power supply voltage. The temperature visualization device based on the equal-thickness interference can accurately and quickly see the heating position through the change of the interference fringes, provides a good basis for analyzing a heat source, and can be used for accurately positioning a thermal fault; the invention has low cost, quick response time and wide application range.)
技术领域
本发明属于温度监控技术领域，具体涉及一种基于等厚干涉的温度可视化装置及温度可视化方法。
背景技术
现有的测温技术，热成像仪成本高，不利于广泛推广和使用且使用热成像仪需要调节发射率(不同的材料反射率不同)；热电偶测温，其热响应时间较慢，数据采集时需要3至5分钟才能实现数据的最终稳定；而红外测温作为另外一种常见的测温方法往往受到测温环境的影响较大，且在低温环境中精度很差，在实际的野外测量中不适合单独使用。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于等厚干涉的温度可视化装置及温度可视化方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于等厚干涉的温度可视化装置及温度可视化方法，以满足成本低、响应时间快以及利于推广的要求。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种基于等厚干涉的温度可视化装置，包括安装架、升降台、单色光源、干涉显示装置、电源和帕尔贴，所述升降台安装在安装架上，所述单色光源设置在安装架上，所述干涉显示装置和帕尔贴设置在升降台上，所述帕尔贴设置在干涉显示装置的下方，所述帕尔贴与电源连接，所述单色光源提供照向所述干涉显示装置的单色光，从而在所述干涉显示装置上形成干涉条纹，所述电源为所述帕尔贴供电，当电源电压变化时，帕尔贴的温度发生改变，干涉条纹也随之变化。
一实施例中，所述升降台上设有凹槽，所述帕尔贴设置在凹槽内。
一实施例中，所述安装架包括底座和安装在底座上的支架，所述升降台安装在底座上，所述单色光源安装在支架上，所述单色光源位于干涉显示装置的一侧，所述单色光源可沿着支架移动，所述支架上安装有固定件，所述固定件位于干涉显示装置的上方，所述固定件可沿着支架上下移动。
一实施例中，所述支架包括垂直设置在底座上的立杆。
一实施例中，所述立杆上设有可上下移动的横杆，所述横杆水平设置，所述单色光源可水平移动的设置在横杆上。
一实施例中，所述单色光源通过连接管与横杆连接，所述连接管套设在横杆上，所述连接管上设有第一螺孔，第一螺栓一端穿过第一螺孔并抵接于横杆。
一实施例中，所述固定件包括用于放置拍摄装置的环形板，所述环形板通过连接组件与立杆连接。
一实施例中，所述连接组件包括与环形板连接的连接杆、与连接杆连接的连接块，所述立杆穿过连接块，所述连接块一侧设有第四螺孔，第四螺栓一端穿过第四螺孔并抵接于立杆。
一实施例中，所述干涉显示装置包括劈尖、牛顿环。
一种基于等厚干涉的温度可视化方法，包括：
利用单色光源照射干涉显示装置形成干涉条纹；
控制帕尔贴的热平衡温度，构建非均匀温场；
改变帕尔贴的热平衡温度，在热平衡之前的不同温度下，分析干涉显示装置内的介质中热传导过程；
确定不同干涉条纹对应的介质折射率，得出对应温度的变化情况。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明中的基于等厚干涉的温度可视化装置通过干涉条纹的变化能精确地看到发热位置，为分析热源提供了很好的依据，可用于热故障的精准定位；本发明成本低，响应时间快，使用范围广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例中基于等厚干涉的温度可视化装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例中基于等厚干涉的温度可视化装置的部分结构示意图；
图3为本发明一实施例中劈尖的结构示意图；
图4为本发明一实施例中牛顿环的结构示意图；
图5为本发明一实施例中帕尔贴的电压-温度曲线图；
图6a为本发明一实施例中劈尖升温刚开始时拍得的条纹分布图；
图6b为本发明一实施例中劈尖升温一段时间后，温场尚未稳定前拍得的条纹分布图；
图7a为本发明一实施例中牛顿环升温刚开始时拍得的条纹分布图；
图7b为本发明一实施例中牛顿环升温一段时间后，温场尚未稳定前拍得的条纹分布图；
图8为本发明一实施例中干涉显示装置是劈尖时，电源电压变化和干涉条纹变化持续时间的关系示意图
图9为本发明一实施例中干涉显示装置是牛顿环时，电源电压变化和干涉条纹变化持续时间的关系示意图；
图10为本发明一实施例中劈尖干涉Matlab模拟仿真图；
图11为本发明一实施例中牛顿环干涉Matlab模拟仿真图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
参图1所示，本发明一实施例中的一种基于等厚干涉的温度可视化装置，包括单色光源1、干涉显示装置2、电源和帕尔贴3、升降台4、安装架5，干涉显示装置2可以采用劈尖或者牛顿环，升降台4安装在安装架5上，单色光源1设置在安装架5上，干涉显示装置2和帕尔贴3设置在升降台4上，帕尔贴3设置在干涉显示装置2的下方，帕尔贴3与电源连接，单色光源1包括钠光灯，电源为直流电源，单色光源1提供照向干涉显示装置2的单色光，从而在干涉显示装置2上形成干涉条纹，电源为帕尔贴3供电，通过帕尔贴3产生温度来模拟现实温度突变区域，调节电压来实现温度变化的控制，干涉显示装置2内部介质的温度随帕尔贴3产生的温度的变化而变化，导致介质折射率发生改变，在同一厚度的空气隙上叠加光程变化，直接导致干涉条纹发生变化，变化过程明显，可直接用肉眼观察这个变化过程，干涉条纹变化直观清晰，并且能够动态地反映出干涉条纹随温度的改变而发生变化的过程，使得物理规律形象直观。
其中，当干涉显示装置为劈尖时，劈尖为空气劈尖，如图3所示，劈尖包括上光学玻璃片21和下光学玻璃片22，上光学玻璃片21、下光学玻璃片22一端相连，上光学玻璃片21、下光学玻璃片22另一端之间安装有固定块23，上光学玻璃片21的下表面和下光学玻璃片22上表面反射光的光程差为δ＝2nd+λ/2，d表示为上光学玻璃片21的下表面和下光学玻璃片22的上表面之间的距离，d的取值范围是0.02mm～0.08mm。
如图4所示，干涉显示装置为牛顿环，牛顿环包括底部的光学玻璃片25，光学玻璃片25上设置有凸透镜24。
如图1所示，本实施例中，升降台4上设有凹槽，帕尔贴3放置在凹槽内。
本实施例中，安装架5包括底座50和安装在底座50上的支架51，升降台4安装在底座50上，单色光源1安装在支架51上，单色光源1位于干涉显示装置2的一侧，单色光源1可沿着支架51移动，支架51上安装有固定件，固定件位于干涉显示装置2的上方，固定件可沿着支架51上下移动。
进一步的，升降台4包括安装在底座50上的底板41以及位于底板41上方的安置板42，干涉显示装置2放置在安置板42上，凹槽开设在安置板42上，安置板42一侧和底板41一侧通过第一连接组件连接，安置板42另一侧和底板41另一侧通过第二连接组件连接。
其中，第一连接组件包括一端与安置板42连接、另一端与底板41连接的第一连接杆43和一端与安置板42连接、另一端与底板41连接的第二连接杆44，第一连接杆43和第二连接杆44呈X型交叉转动连接，第一连接杆43和第二连接杆44通过第一螺栓和第一螺母连接，通过第一螺栓和第一螺母之间拧紧和拧松从而调节第一连接杆43和第二连接杆44之间的松紧。
其中，第二连接组件44包括一端与安置板42连接、另一端与底板41连接的第三连接杆45和一端与安置板42连接、另一端与底板41连接的第四连接杆，第三连接杆45和第四连接杆呈X型交叉转动连接，第三连接杆45和第四连接杆通过第二螺栓和第二螺母连接，通过第二螺栓和第二螺母之间拧紧和拧松从而调节第三连接杆45和第四连接杆之间的松紧。
通过改变第一连接杆43和第二连接杆44的交叉的角度以及第三连接杆45和第四连接杆的交叉的角度从而改变安置板42的高度。
具体的，支架51包括垂直设置在底座50上的立杆511，立杆511通过调节组件与水平设置的横杆512连接，单色光源1可水平移动的设置在横杆512上，如图2所示，单色光源1通过连接管11与横杆512连接，连接管11与单色光源1的外壳固定，连接管11可移动的套设在横杆512上，连接管11上设有第一螺孔，第一螺栓12一端穿过第一螺孔并抵接于横杆512，通过拧动第一螺栓12使得第一螺栓12端部抵紧横杆512，从而将连接管11与横杆512固定。
进一步的，调节组件包括固定连接的第一调节件513和第二调节件514，第一调节件513包括第一阻挡部5131、第一折弯部5132、第一连接部5133和第一安装部5134，第一阻挡部5131通过第一折弯部5132与第一连接部5133一端连接，第一连接部5133另一端与第一安装部5134连接，第一阻挡部5131、第一折弯部5132、第一连接部5133和第一安装部5134形成“C”字型.
第二调节件514包括第二阻挡部5141、第二折弯部5142、第二连接部5143和第二安装部5144，第二阻挡部5141通过第二折弯部5142与第二连接部5143一端连接，第二连接部5143另一端与第二安装部5144连接，第二阻挡部5141、第二折弯部5142、第二连接部5143和第二安装部5144形成“C”字型，第一阻挡部5131外侧与第二阻挡部5141外侧相固定，第一阻挡部5131外侧与第二阻挡部5141外侧通过焊接固定。
其中，横杆512放置在第一折弯部5132内侧，第一安装部5134上开设有第二螺孔，第二螺栓5135一端穿过第二螺孔并抵接于横杆512，通过拧动第二螺栓5135使得第二螺栓5135端部抵紧横杆512，从而将横杆512和第一调节件513相固定。
其中，立杆511放置在第二折弯部5142内侧，第二安装部5144上开设有第三螺孔，第三螺栓5145一端穿过第三螺孔并抵接于立杆511，通过拧动第三螺栓5145使得第三螺栓5145端部抵紧立杆511，从而将第二调节件514和立杆511相固定。
进一步的，第一调节件513的开口方向垂直向上，第二调节件514的开口方向与立杆511相垂直。
进一步的，固定件包括环形板61，环形板61用于放置拍摄装置，拍摄装置包括手机、照相机和摄像机等，环形板61的中心镂空处方便拍摄装置对着干涉显示装置2进行拍摄，环形板61通过连接组件与立杆511连接，连接组件包括与环形板61连接的连接杆62、与连接杆62连接的连接块63，立杆511穿过连接块63，连接块63一侧设有第四螺孔，第四螺栓64一端穿过第四螺孔并抵接于立杆511，通过拧动第四螺栓64使得第四螺栓64端部抵紧立杆511，从而将立杆511和连接块63相固定。
本发明还公开了一种基于等厚干涉的温度可视化方法，包括：
利用单色光源1照射干涉显示装置2形成干涉条纹；
将帕尔贴3至于干涉显示装置2底部，连接直流电源，通过调节直流电源的电压控制帕尔贴3的热平衡温度，从而构建非均匀温场，如图5所示，在采用帕尔贴3进行非均匀温场构建时，首先对帕尔贴3的电压-温度关系进行了校准；
干涉显示装置2内介质温度的变化会造成折射率变化，从而引起局部光程变化，使干涉条纹发生移动；
改变电源电压，从而改变帕尔贴3的热平衡温度，观察在热平衡之前的不同温度下，干涉显示装置2内介质温度变化趋势与平衡建立的过程，分析介质中热传导过程，干涉条纹改变的过程出现在均匀温场的畸变点温度改变的过程中，一旦温度再度稳定，干涉显示装置干涉范围内的条纹分布不在发生任何变化，也就是说只有干涉显示装置某处空气温度发生变化，引起折射率改变时，会改变此处两束相干光之间的光程差，才会导致干涉显示装置区域内的干涉条纹在温度变化点发生改变。该过程可用上述拍摄装置实拍获得，当干涉显示装置2为劈尖时，如图6a所示，为升温刚开始拍得的条纹分布图，如图6b所示，为升温进行一段时间后，但温场尚未稳定以前拍得的条纹分布图，图6a和图6b中的细黑框区域能明显看到条纹的改变，如图8所示，随着电压的增加，温度变化范围越来越大，那么帕尔贴3与周围建立热平衡所需要的时间也就越来越长，干涉条纹变化持续的时间就越长；
当干涉显示装置2为牛顿环时，如图7a所示，为升温刚开始拍得的条纹分布图，如图7b所示，为升温进行一段时间后，但温场尚未稳定以前拍得的条纹分布图，图7a和图7b中的细黑框区域能明显看到条纹的改变，如图9所示，随着电压的增加，温度变化范围越来越大，那么帕尔贴3与周围建立热平衡所需要的时间也就越来越长，干涉条纹变化持续的时间就越长；
根据等厚干涉的基本理论，确定不同干涉条纹对应的介质折射率，进而得出对应温度的变化情况。
从干涉显示装置干涉的原理出发，利用Matlab仿真了该非均匀温场在畸变点变温过程中，干涉条纹可能变化的情况，具体代码如下：
劈尖装置：
Matlab干涉显示装置干涉仿真代码：
干涉显示装置的等厚干涉钠光灯条纹(h＝0.0029465mm,θ＝0.0084411°)
牛顿环装置：
通过仿真计算，得到如图9所示的劈尖的干涉条纹在升温过程中的变化情况，其中黑框区域为加热区，以及如图10所示的牛顿环的干涉条纹在升温过程中的变化情况。从模拟结果可以看出，非均匀温场在畸变点的升温过程确实会导致条纹的定向移动。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明中的基于等厚干涉的温度可视化装置通过干涉条纹的变化能精确地看到发热位置，为分析热源提供了很好的依据，可用于热故障的精准定位；本发明成本低，响应时间快，使用范围广泛。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。