现代测试技术考试内容

1、温度场1红外线热像仪:红外线是一种电磁波，具有与无线电波和可见光一样的本质。红外线的发现是人类对自 然认识的一次飞跃。利用某种特殊的电子装置将物体表面的温度分布转换成人眼可见的图 像，并以不同颜色显示物体表面温度分布的技术称之为红外热成像技术，这种电子装置称为 红外热像仪。红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（目前先进的焦平面技术 则省去了光机扫描系统）接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元 上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构（焦平面热像仪无此机构）对被测 物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电 信

2、号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应;实质上是被测目标物体各部分红外辐射的热 像分布图由于信号非常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感，因此，在实际动作过程 中为更有效地判断被测目标的红外热分布场，常采用一些辅助措施来增加仪器的实用功能， 如图像亮度、对比度的控制，实标校正，伪色彩描绘等高线和直方进行数学运算、打印等2光学高温计光学高温计是非接触式辐射法单色测量仪，它遵循普朗克黑体辐射定律和维恩位移定 律，即随着温度的升高，与辐射能量密度极大值对应波长向短波方向移动。光学高温计有灯丝隐灭式和滤波式两类。灯丝隐灭式就是使被测物

3、体成像于高温计灯泡 的灯丝平面上，通过光学系统在一定波段范围内比较灯丝与被测物体的表面亮度，调节灯丝 的亮度与被测物体的亮度相均衡，使灯丝轮廓隐灭于被测物体的影像中，如图1所示。电流 表所示读数即为被测物的温度值。滤波式采用的是将灯泡灯丝的电流固定，使之发光强度一 定，再用可变的滤光片将被测的光度强弱加以滤光，使被测物的光度与灯泡度相等，此时连 在滤光片上的刻度即为被测物的温度。3双色法（三色法）双色法是基于固体热辐射的测温方法。其测量原理为:测出火焰发射出的辐射光在某两个波 长上的强度,然后利用由辐射学建立的两个强度与温度的方程，消去一个代表辐射率的未知 因子，计算出所要的温度，再代回原方程

4、中的一个，算出与碳烟有关的KL因子。流场1LDV （激光多普勒）LDV依靠流体中存在的与流体一起运动的示踪粒子进行工作，若一颗运动中的示踪粒子 穿过一束入射激光，则只有当示踪粒子的运动速度垂直于入射激光的照射方向时，它所感知 的频率才会与入射激光本身的频率相等，否则示踪粒子所感知的激光频率就等比入射激光本 身的频率高或者低。LDV测试系统主要由激光器、入射光学单元、接收或收集光学单元、多普勒信号处理器、数据处理器、测试软件及辅助系统组成。激光器是一种单色相干光源一般采 用连续气体激光器，如小功率氦-氖激光器和大功率兼离子激光器。入射光学单元把激光束按 一定要求分成多束相互平行的照射光束,通过聚

5、焦透镜会聚到测试点。接收光学元件收集粒 子通过测量体时向四周发出的散射光,经转换得到具有多普勒频移的光电流信号。信号处理 器和数据处理器处理光电流信号，滤去噪声，计算出测试点流体速度。粒子2PIV (粒子成像测试仪)粒子图像测速仪(PIV)是一种非接触式的流场测量技术。由于它具有不干扰测量的流场、较 高的精度和空间分辨率、能测瞬时速度场，并对整个流场上全部速度矢量进行描述等优点，。 PIV测量技术的原理是：由已知时间间隔内流场中微小粒子的位移计算出速度矢量。双脉 冲激光器发出的时间间隔为At的激光脉冲通过圆柱形光学透镜形成激光片，照亮所要研究 的流场区域。待测区域中已撒布有合适的示踪粒子，激光

6、照射到粒子上粒子便会散射或反射 与待测区域垂直的拍摄相机CCD将拍摄到两次激光脉冲所形成的待测区域流场图。这幅 待测区域流场信息照片将通过数据传输线传给数据处理器，处理器通过一定的算法算得每点 或区域在时间内的位移，就可以方便的得出每个点或区域的速度值，这样就形成了原始的矢 量图。再传输到装有处理软件的计算机进行后续处理得到待测流场的其它信息。数据存储PIV测试系统主要由光路系统、图像采集系统、同步控制及图像处理系统等部分组成， 如图所示。其中，光路系统主要包括连续或脉冲激光器、光传输系统和片光源光学系统；图 像采集系统主要由电荷耦合器件(CCD)作为图像传感器，又称为CCD数字摄像机。图像处

7、理 系统包括帧抓取器和分析显示软件。帧抓取器将粒子图像数字化，并将连续图像储存到计算 机的内存中。分析显示软件分析视频或照相图像，显示采样的图像数据和速度矢量场测试时 激光器发出激光束，光学元件将光束变成片光源照亮被测流场。如果采用脉冲激光器，需设 置脉冲间隔、脉冲延迟时间等。高速CCD相机捕捉2个激光脉冲照亮流场的两幅图像，并将图像转化为数字信号传入计算机。然后通过专用的软件（Insight）采用的图像处理算法 匹配图像粒子对，就可以得到测试区域的速度矢量场。PIV技术的关键在于要有比较好的光学成像和分析系统，图像分析的关键在于有效建立 示踪粒子图像位移的算法，目前常用的算法是FFT相关分析

8、法。FFT算法是以统计的方法，通 过确定局部询问区内粒子群图像中心的位移，来得到流场的。这种方法比较适用于示踪粒子 浓度较高的流场。如果粒子浓度低，需要单独跟踪单个示踪粒子所形成的微粒图像，来确定微粒的速度场 及其导出物理量，往往要采用BICC算法，该算法是FFT相关算法的补充，是根据模式相关系 数的大小来跟踪单个粒子的，从而确定稀相微粒速度场。BICC算法只需确定粒子对中心坐标, 与真实粒子的形状、颜色和大小无关,具有计算量小、计算速度快的优点。PIV技术可得到瞬时全流场定量信息，给出粒子粒径与其速度的分布，因而PIV技术 已被发展应用于测量喷雾特性。但因PIV喷雾场测量中不仅要给出粒径分布

9、，而且还要测 出不同粒径速度分布，因此PIV喷雾测量的图像处理技术要比气相困难得多。目前利用PIV 测量喷雾场主要困难在于：（1）对粒子进行识别时，粒子和背景的差别就在于灰度值的不同， 识别的依据只能是灰度。而部分粒子的重叠使粒子识别变得困难，即有一些粒子可能重叠 在一起，或者相邻太近而无法分辩油粒。（2）由于粒子对激光具有反射、散射等作用，使 得片光源变宽，同时使粒子在拍摄的图像上显示比真实略大一些。（3）试验过程中的震动和 噪音会在图像上形成噪点，所以在PIV的图像处理上必需进行除噪处理。3、纹理法纹影技术是利用光在被测流场中的折射率梯度正比于流场的气流密度的基本原理进行 测量的，广泛用于

10、观测气流的边界层、燃烧、激波、气体内的冷热对流以及风洞或水洞流场。在光学仪器系统中，纹影仪属于共轴球面系统.该系统有两个成象过程，一个是光源（狭 缝）ad物空间子午面成象在仪器光刀刀口平面a d象空间共扼面上;另一个是被测流场扰 动区gj物空间子午面成象在仪器的照相胶片（或观察屏）幻象空间共扼面上两组共扼面之 间经过纹影仪的准直镜M,和纹影镜MZ以及照相机物镜,光线构成了点和面的对应关系（图 1 ）光源O纹影图是在仪器的狭缝或光刀刀口这一组共扼面中插入光学部件来获得在a d插入 金属光刀，可得到黑、白纹影图;使用白光光源，在ad或a d 插入彩色滤光片,可得到彩色纹 影图;插入干涉部件,则可得

11、到干涉纹影图（无限宽条纹干涉图）。纹影法测量的是纹影图片的照相密度量(图象的反差值)，这种测量存在着比较严重的误 差源.干涉纹影法测量的是干涉条纹的宽窄及其位移量,可以测量得比较准确.因此，纹影技术 中的黑、白和彩色纹影法主要用于流场的定性显示,干涉纹影法才用于流场的定量研究.但是 如果用气流密度计对纹影图的反差进行量化分级，或统计分析大量彩色纹影图片彩色的变 化,仍可以得到气流的密度量。图1纹影系统光路4激光全息以光的干涉、衍射等物理光学的规律为基础，引入适当的相干参考波，不仅记录了物光 的振幅信息，而且也把在普通照相过程丢失的位相信息记录下来。在感光底板上得到的不是 物体的像，而是物光与参

12、考光的干涉条纹，这些条纹的明暗对比度、条纹的形状和疏密反映 了物光波的振幅和相位分布。经过显影、定影处理后，变得到了一张全息图。它相当于一块 复杂的光栅，只有在适当的光波照明下才能重建原来的物光波。全息照相得到的是三维立体 的实像。物象之间的关系是点面对应的，全息图上每一点都记录了所有的物光信息，无论磨 损还是残破，只要得到一小块儿全息图，就能把原来的物体真实再现出来。激光全息照相的拍摄要求也要比普通照相严格得多。首先，光源必须是相干光源，全息 照相是根据光的干涉原理，因此要求光源必须具有很好的相干性5。激光的出现，为全息照提 供了一个理想的光源。其次，全息照相系统要具有稳定性，由于全息底片上

13、记录的是又细又 密的干涉条纹，所以在照相过程中极小的干扰都会引起干涉条纹的模糊,甚至使干涉条纹无法 记录，为此，要求全息实验台是防震的，全息台上的所有光学器件都用磁性材料牢固地吸在 工作台面钢板上，另外，气流通过光路,声波干扰以及温度变化都会引起周围空气密度的变化， 因此，在曝光时应该禁止大声喧哗,不能随意走动，保证整个实验室绝对安静。再次，物光和参 考光的光程差应尽量小,最多不能超过2cm。还有，就是必须使用高分辨率的全息底片，因 为全息照相底片上记录的是又细又密的干涉条纹，所以需要高分辨率的感光材料。普通照相 用的感光底片由于银化物的颗粒较粗，每毫米只能记录50100个条纹，激光全息干板其

14、分辨 率可达每毫米3000条，能满足全息照相的要求6。最后，全息照片的冲洗过程冲洗过程也是 很关键的。总的来说，激光全息照相对条件的要求还是很苛刻的。三喷雾场、浓度场1纹理法2LIF (PLIF)激光诱导荧光发 当物质在受特定波长的激光照射后，分子吸收光子能量使电子跃迁至较高能级成为激发态分 子。在很短时间内激发态分子的电子自发放射能量而衰竭的同时以光的形式放出它们所吸收 的能量，所发出的光便是荧光。在一定温度和压力下，不考虑与周围分子碰撞时，荧光强度 通常与入射光强、被测物质浓度成一定的比例关系，利用这种关系可以通过荧光强度的测量 而得到被测物质浓度。这种方法就是激光诱导荧光法，及LIF。图

15、为LIF示意图。图LIF示意图LIF在有氧存在的情况下荧光信号会由于激发态分子与氧的碰撞而减弱或熄灭，在高温 高压进行定量测量比较困难。另外，这种方法可定性测量喷雾中燃油的浓度，但是目前无法 区分气相和液相。四燃烧场1LIF五、故障诊断热工参数、振动分析、瞬时转速、油液分析六、排放1化学发光法化学发光法原理是NO和03反应生成激发态的二氧化氮No2，当No2跃迁回基态时放出 光子,光强与N0浓度成正比,光电转换器吸收光子产生光电流,光电流强度与N0浓度成线性, 可通过光电流强度判定NO浓度。为得到Nox的总浓度,该方法要求把待测气样中的N02预 先转化为NO。2色谱法（FID）气相色谱法的分离

16、原理是利用要分离的诸组分在流动相（载气）和固定相两相间的分配 有差异（即有不同的分配系数），当两相作相对运动时，这些组分在两相间的分配反复进行， 从几千次到数百万次，即使组分的分配系数只有微小的差异，随着流动相的移动可以有明显 的差距，最后使这些组分得到分离。气相色谱法的理论基础主要表现在两个方面，即色谱过 程动力学和色谱过程热力学，也可以这样说，组分是否能分离开取决于其热力学行为，而分 离得好不好则取决于其动力学过程。3NDIR利用非分光红外（NDIR）对气体组份进行分析的基础是，各种分子具有不同的能级，就是 在同一分子中，也有很多振动和转动能级。只有当外来辐射能的频率满足（E2-E1）=h

17、v所规定 的频率才有可能被这种分子所吸收，并产生有选择性的吸收能量的跃迁。（E2-E1）为跃迁前后 的能级的能量，为普朗克常数,v为外来辐射的频率,这种频率为各种分子的特征频率或特征波 长。大部分有机和无机多原子分子在红外区都有其各自的特征吸收波长，而且特征吸收波长 往往不止一个.所以，吸收谱线可作为识别不同气体分子的“指纹”，根据对吸收谱线的位置 和强度探测可以确定分子的成分和浓度。4氢焰离子化检测器氢焰离子化检测器是利用有机物在氢气一一空气火焰中产生离子化反应而生成许多 离子对，在加有一定电压的两极间形成离子流。测量离子流的强度就可对该组分进行检测。 它具有灵敏度高、响应快、线性范围宽、死

18、体积小等优点，是目前广泛使用的一种检测器。 5不透光烟度计将一束光穿过密度和温度一致的气体时，由于光被吸收和散射，使其强度衰减。吸收就 是光转换成另一种形式的能量，散射就是由于反射、折射而引发的光发散，吸收系数就是 反映光吸收和散射的情况。不透光烟度计是以光衰减的物理原理为工作原理，一束光被废气的微粒所遮蔽，光束的 强度与光通过的长度成正比。N=100（卜 ek1）=100（卜 I / 10）式中N不透光度；10入射光的强度；I出射光的强度；L光路长度；K光吸收系统，单位为（m-1）光吸收系数是不透光值的基本单位，它与通道长度无关，通道长度L定义为光路长度， 单位是（m1）。光吸收系数可根据其体温度和压力进行修正。如公式所示，不透光度与所使 用的光路长度有关，而光吸收系数则与光路长度无关。光路长度国际上采用0. 43m来计算 显示N值。不透光烟度计根据其取样方式的不同而分为全流式和取样式（或称分流式）两种。全流式 不透光烟度计根据测量时的安装方式不同，又可分为在线式和线端式两种。