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使用散斑场的光学温度传感器
V. Trivedia, S. Mahajana, V. Chhaniwala, Z. Zalevskyb, B. Javidic, A. Ananda
a印度，瓦多达拉39001，巴罗达大学，技术和工程学院，应用物理系，光学实验室；
b以色列，拉马特甘52900，希伯来大学，工程学院；
c美国，康涅狄格州06269-2157，康涅狄格大学，电气和计算机工程系；
摘要
本文提出了一种新开发的、基于激光的非接触式和远程温度传感器for high as well as low temperature measurements, which can be adapted to a commercial tensile testing用于高温以及低温测量。它适用于在装备有电炉的商用拉力实验设备中进行温度监测，It can also be a miniaturized sensor它也可以是小型化的传感器，，， 用于生物医学诊断远程测量体温（例如将该传感器集成到内窥镜用于an endoscope to measure internal temperature during surgical procedure).在手术过程中测量内部温度）。传感器的基本原理是sensor is based on determining the changes occurring to a secondary speckle pattern generated by the由确定的从粗糙的表面散射的激光束所产生的次级散斑图案发生的变化scattered laser beam from a rough surface.。目前，使用粗糙的金属表面。作为表面of the metal plate changes due to cantilever action when exposed to heat, the resulting speckle pattern的金属板当暴露于热环境时由于悬臂的作用而改变，所得到的散斑图案also changes.也会改变。将得到的散斑图案与已知温度的散斑图案进行比较，从相关系数的值，我们能够得到测量温度。此外，本文描述了信号处理算法和光学布置。基于实验data, it can be shown that this sensor can be successfully used for the remote extraction of temperature.数据显示，该传感器可以成功地用于远程测量温度。
关键字：温度测量、激光散斑、散斑相关系数、粗糙的物体
1介绍
当物体被加热或冷却时，可能导致各种效果，包括（a）物理或化学状态的变化，（b）物理尺寸的变化，（c）电性能的变化，（d） 异种金属在两者的接合处产生电动势（emf），和（e）发射总辐射强度的变化。这些效应中的任何一种都可以用于温度测量。即使物理或化学状态的变化也可以作为温度变化的参考依据，例如整个温度范围内固体，液体或气体的冷冻，熔化，沸腾或冷凝，但是它们很少能直接用于温度测量。另一个能够深入了解物体的热含量的参数是发生化学状态变化的温度，例如可燃材料的着火温度。这些可以用于确定温度标度的量级，但不是很实用。双金属温度计和玻璃温度计的使用伴随着温度变化的尺度变化进行测量。但电气方法才是目前最方便和最准确的温度测量方法，它们包括基于电阻变化和热电动势产生的测量方法。 on the method of measuring energy radiation from a hot object,测量来自热物体的能量辐射的方法is also a standard optical method of measurement, especially at也是一种标准的光学测量方法，特别是测量非常very high temperatures [1] .测量高的温度的时候[1] 。
在温度测量领域中，对温度分布的了解在科学和工程的许多分支中变得至关重要。随着现代技术的发展，出现了新的温度测量方法，其中光学技术发挥着重要的作用，因为它们具有无可比拟的优势。光学方法最重要的优点之一是它可以测量温度而不干扰温度场，这与热电偶测量温度的侵入式方法相反[2] 。Optical techniques exploit the change of the optical光学技术利用由温度变化引起的光学属性的变化，可以 sure and calculate the temperature changes causing this change.确定并计算引起这种变化的温度变化。
目前There is a large number of optical techniques, such as, classical有大量的光学测量技术，如经典的interferometry, holographic interferometry [3] , speckle shearing干涉测量法，全息干涉 [3] ，斑点剪切interferometry [4] , speckle photography [5] , Talbot interferom-干涉 [4] ，散斑摄影[5] ，塔尔博特干涉测量 [6] ，剪切干涉[7] ，刘相干涉， Moire deflectrometry [8] , digital holographic techniques [9] , effect莫尔偏转测量[8] ，数字全息技术[9] ，mirage [10]海市蜃楼效应 [10] and electronic speckle pattern interferometry (ESPI)和电子散斑图案干涉测量（ESPI）[11] , which are used mostly for room temperature tests.[11] ，它们主要用于室温测试。For high- temperature applications the computer vision technique, ESPI and计算机视觉技术，ESPI和可用于the digital laser speckle correlation technique can be used [12] .数字激光散斑的相关技术[12] 也可以用于温度测量。
但是干涉测量技术存在机械稳定性（由于振动）和面内和面外运动的问题[12] 。 Holographic interferometric techniques provides full全息干涉技术可以提供全场温度数据，但是振动对测量有极高的影响，限制其实用性。它们还具有集成方法难的缺点，这些方法需要使用一些假定的对称性对测量数据进行反卷积以获得空间中特定点的温度数据。它限制了对有限数量的相位对象的干涉测量的使用。此外，所获得的数据需要被数学处理以便提取相移的数值推导。这个过程增加了实验误差。诸如自发拉曼，自发瑞利散射，相干反斯托克斯拉曼散射光谱（CARS），激光诱导荧光光谱（LIFS）等光谱方法提供逐点数据。使用这些技术，可以通过逐点积分区域来映射热场。因此，不可能获得关于温度分布的瞬时信息。Laser speckle was regarded as noise in holography leading to low
激光散斑被认为是全息图中的噪声，导致了低quality images.质量图像。但斑点现象成为散斑计量的垫脚石，并已被用于各种工程和其他应用[2,5,13,14] 。例如，数字激光散斑技术被引入到氦射流的密度场的测量中，使用散斑位移的互相关分析，其在密度场的测量中提供高空间分辨率，与其他光学技术不同[13] 。 Therefore, further study of this optical technique因此，进一步研究这种光学技术对于温度
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