如何在高至1200℃的热处理炉内，实现工件形变与位移的微米级非接触实时监测？【高温质量控制】

1. 热处理工件的基本结构与技术要求

在高温炉内进行热处理的工件，通常是金属材料制成的各种零部件，比如汽车的曲轴、齿轮，航空发动机的叶片，或者是大型的钢板和铸件。这些工件在进入高温炉之前，都具有特定的几何形状和尺寸。

热处理过程，简而言之，就是通过加热、保温、冷却等一系列温控操作，来改变金属材料的内部组织结构，从而改善其力学性能，如硬度、强度、韧性等。这个过程对工件来说，就像是经历一场“淬炼”和“塑形”。

然而，在高温环境下，金属材料会发生热膨胀、相变、应力松弛等现象，这些都可能导致工件的形变和位移。想象一下，一块平整的钢板在炉子里被加热到上千摄氏度，它会膨胀，如果各部分膨胀不均匀，或者内部应力没有得到妥善释放，它就可能像薯片一样弯曲翘起来。

因此，对热处理工件进行形变与位移的实时监测，是为了：* 保证产品质量： 及时发现并纠正异常形变，防止工件因变形而报废。* 优化工艺参数： 通过实时数据反馈，调整加热速度、保温时间、冷却方式等，使工艺更精确。* 提升生产效率： 减少试错成本，缩短生产周期。* 确保设备安全： 了解工件在高温下的尺寸变化，避免与炉内设备发生干涉。

技术要求上，监测系统必须能够在极高的温度下稳定工作，对工件表面可能出现的氧化、变色、反光等情况具有良好的适应性，并且要具备足够的测量精度和响应速度，才能捕捉到细微且快速的形变过程。

2. 热处理工件形变与位移的相关技术标准简介

在热处理和材料科学领域，对工件形变与位移的监测有明确的定义和评价方法，以确保产品质量和工艺控制。

• 位移 (Displacement)： 指的是工件在热处理过程中，其整体或某个特定点相对于其初始参考位置的移动。这包括沿X、Y、Z轴的线性移动，也可能包括旋转位移。评价时通常会设定一个允许的最大位移范围。

• 形变 (Deformation)： 泛指工件在高温作用下，其内部几何形状和尺寸发生的改变。这不仅仅是简单的位置移动，更是指物体内部各点相对位置的变化。形变可以细分为：

  • 热膨胀/收缩： 由温度变化引起的宏观尺寸均匀变化。通过线膨胀系数或体膨胀系数来量化。

  • 翘曲 (Warpage)： 工件在受热或冷却过程中，由于内部应力不均匀释放或温度分布不均而导致的平面或直线度偏差。例如，一个原本平整的板材变成了“波浪形”或“凹凸不平”。

  • 扭曲 (Twisting)： 工件沿其轴线或某一方向发生的旋转形变。

  • 应变 (Strain)： 是形变的定量描述，通常定义为物体单位长度的变形量。例如，一个长度为L的物体伸长了dL，那么其应变就是dL/L。应变可以是拉伸应变、压缩应变、剪切应变等。在热处理中，主要关注热应变和相变应变。

• 形变速率 (Deformation Rate)： 指的是形变随时间变化的快慢。在动态热处理过程中，形变速率对材料组织和性能影响显著。

• 尺寸稳定性 (Dimensional Stability)： 评估工件在经过热处理后，其最终尺寸和形状能否保持在规定的公差范围内。

这些参数的评价通常依赖于实时或离线测量数据与设计图纸、工艺规范之间的对比。通过测量系统获取的原始数据，经过处理和分析，可以计算出上述各项参数，并与预设的合格范围进行比较，从而判断工件是否符合质量要求，以及热处理工艺是否稳定。

3. 实时监测/检测技术方法

在高温炉内对热处理工件进行形变与位移的实时监测，需要依赖先进的非接触式测量技术。以下将介绍几种主流的技术方案，并进行比较。

（1）市面上各种相关技术方案

激光三角测量法

激光三角测量法是一种广泛应用的非接触式距离测量技术。它的基本思想是利用几何三角原理来确定目标物体与传感器之间的距离。

工作原理和物理基础：想象你用手电筒照亮墙上的一个点，然后你从另一个角度去看这个点。如果墙离你远了，手电筒的光斑在你的视野中看起来位置会发生变化。激光三角测量法就是利用了类似的光学现象。传感器内部有一个激光发射器，它会向被测工件表面投射一个细小的激光点。这个激光点在工件表面形成一个光斑。同时，传感器内部还有一个接收系统，通常包含一个透镜和一个位置敏感探测器（如CCD或PSD）。这个接收系统会从一个与激光发射器有一定夹角的角度观察这个光斑。

当工件的表面距离传感器发生变化时，由于三角几何关系，激光光斑在接收系统探测器上的成像位置也会发生移动。通过精确测量这个光斑在探测器上的位置变化，并结合传感器内部已知的几何参数（如激光器与接收透镜之间的距离、接收透镜的焦距以及它们的相对角度），就可以计算出工件表面与传感器之间的距离。

我们可以用一个简化的几何关系来理解这个过程。假设激光器和接收透镜之间有一个固定的基线距离 L，激光以一个固定的角度 θ1 发射。当光斑落在目标表面并反射，反射光以 θ2 角被接收透镜捕获，并在探测器上形成图像。当目标距离 D 改变时，θ2 也会改变，进而光斑在探测器上的位置 x 发生变化。通过三角函数关系，例如：

D = L * sin(θ1) * (f / (x - x0))

其中，D 是被测距离，L 是激光器和探测器之间的基线距离，θ1 是激光发射角度，f 是接收透镜的焦距，x 是光斑在探测器上的位置，x0 是参考位置。这个公式描述了距离与光斑位置的非线性关系，通过预先标定和内部算法进行线性化处理，最终输出精确的距离值。

核心性能参数典型范围：* 精度： 激光测量精度一般为±0.02mm~±0.1mm，优质系统可达±0.015mm。* 分辨率： 可低至数微米甚至亚微米级别。* 测量范围： 从几毫米到数米不等，具体取决于型号。* 响应时间： 通常为毫秒级别，能够满足高速动态测量需求。* 可测高温： 传感器本体工作温度有限（通常0-50°C），但通过特殊设计（如水冷/气冷套、长距离测量），其激光束可测量高达1300°C甚至更高的物体表面。

技术方案的优缺点：* 优点： * 非接触式： 不会损伤工件表面，适合高温、移动或软性材料。 * 测量速度快： 适用于在线实时监测，能捕捉快速的形变过程。 * 精度较高： 对于单点或线扫描测量能提供可靠的距离数据。 * 适应高温： 通过冷却系统和合适的测量距离，传感器本体可以远离高温区域，同时激光能够作用于高温表面。 * 通用性广： 适用于各种材料（金属、陶瓷、塑料等）的尺寸、位移、厚度测量。* 局限性： * 受表面特性影响： 被测物体的表面颜色、粗糙度、光泽度以及倾斜角度都会影响激光的反射和接收，可能导致测量误差或信号丢失。高温下工件氧化、发红可能加剧这种影响。 * 单点或线测量： 无法直接获取整个表面的全场形变信息，需要通过扫描或多传感器阵列实现。 * 环境光干扰： 炉内强烈的环境光（如炽热工件的辐射光）可能干扰激光信号，需要采用滤光片等措施。* 成本考量： 中等偏高。

激光共聚焦法

激光共聚焦法是一种高精度非接触式测量技术，尤其擅长处理复杂表面。

工作原理和物理基础：与激光三角测量不同，共聚焦法利用的是“焦点”的特性。它发射一束宽带白光（或特定波长激光），这束光通过一个色散透镜后，不同波长的光会被聚焦到不同的深度。简单来说，就像彩虹光穿过一个棱镜后，红光聚焦得远，蓝光聚焦得近。

当这些不同焦点的光束照射到被测工件表面时，只有恰好聚焦在工件表面上的那个特定波长的光，其反射光才能通过一个微小的“针孔”（共聚焦针孔）被探测器接收。如果工件表面移动了，那么原本能通过针孔的那个波长的光就不再是焦点了，取而代之的是另一个波长的反射光通过针孔。通过识别并分析哪个波长的反射光信号最强，就能精确地判断出工件表面的位置。

核心性能参数典型范围：* 测量范围： 相对较小，通常在几毫米到几十毫米。* 分辨率： 极高，可达到亚微米甚至纳米级别（0.005 μm）。* 测量频率： 非常高，可达数十到数百千赫兹。* 工作温度： 传感器头通常为0°C至+50°C，测量高温物体时需保持足够距离。

技术方案的优缺点：* 优点： * 极高精度和分辨率： 尤其适合对微小形变和表面轮廓的精密测量。 * 不受表面特性影响： 对表面粗糙度、颜色、倾斜度甚至透明材料的测量性能优异。 * 高重复性： 测量结果非常稳定可靠。* 局限性： * 测量范围小： 不适合大范围位移或形变监测。 * 对振动敏感： 高精度意味着对环境振动有更高要求。 * 成本较高： 通常是所有激光位移传感器中成本最高的一类。* 成本考量： 高。

热像数字图像相关法 (Thermal DIC)

热像数字图像相关法是一种基于视觉的测量方案，特别适用于高温环境下的全场形变监测。

工作原理和物理基础：这种方法利用高速、高分辨率的热像仪来捕捉高温工件表面的红外图像序列。当工件被加热时，它自身会发出红外辐射，这些辐射会在热像仪的图像上形成独特的“热纹理”，例如由于材料不均匀或表面特征导致的热斑、温度梯度。这些“热纹理”就像工件表面的指纹。

数字图像相关（DIC）算法的核心思想是追踪这些纹理在连续图像帧中的像素级移动。它通过在初始图像上选取一个小的区域（称为“子区”），然后在后续的图像中搜索与这个子区最相似的区域。当找到相似区域后，就可以计算出这个子区中心像素的位移量。通过对工件表面上大量子区进行这种追踪，系统能够构建出工件表面的二维或三维位移场和应变场。

ΔX = f_DIC(I_0, I_t)其中，ΔX 是位移矢量，I_0 是初始图像，I_t 是 t 时刻的图像，f_DIC 代表DIC算法的匹配和计算过程。

核心性能参数典型范围：* 分辨率： 取决于热像仪的像素数，如640 x 512像素。* 帧率： 高速热像仪可达数百至数千赫兹（全分辨率或窗口模式）。* 测温范围： -20°C 至 +2000°C。* DIC精度： 亚像素级，取决于相机分辨率、图像质量和标定。

技术方案的优缺点：* 优点： * 非接触、全场测量： 能够获取整个工件表面的位移和应变分布，提供全面的可视化数据。 * 适用于高温： 直接利用工件自身的热辐射进行成像，无需额外光源，对可见光不敏感。 * 无需在工件上安装传感器： 避免了对工件的物理干扰和高温下传感器安装的难题。 * 可测量复杂形变： 对翘曲、扭曲等复杂形变具有独特的优势。* 局限性： * 需要表面纹理： 工件表面必须有足够清晰的“热纹理”或人工散斑才能进行精确追踪。 * 计算量大： 后期数据处理和分析对计算资源要求较高。 * 可能受炉内环境影响： 炉内烟雾、蒸汽、炉壁辐射等可能干扰图像质量。 * 精度受限于相机分辨率和标定： 亚像素精度需要高分辨率相机和精细标定。* 成本考量： 高，特别是高速、高分辨率的热像仪和配套软件。

光纤布拉格光栅 (FBG) 传感技术

光纤布拉格光栅 (FBG) 传感技术是一种基于光纤的接触式测量方法，尤其适用于极端高温和恶劣电磁环境。

工作原理和物理基础：FBG是光纤内部周期性折射率调制的一种结构，就像在光纤里刻上了一道道非常细密的“栅栏”。当宽带光（包含多种波长的光）通过这段刻有“栅栏”的光纤时，只有与“栅栏”周期匹配的特定波长的光会被反射回来，而其他波长的光则继续向前传输。这个被反射回来的特定波长被称为“布拉格波长”。

布拉格波长对光纤的温度和应变（即形变）非常敏感。当工件发生形变时，粘贴在工件表面的FBG也会随之拉伸或压缩，改变其“栅栏”的周期，导致反射光的布拉格波长发生漂移。通过一个叫做“光纤解调仪”的设备，我们可以极其精确地测量这个波长漂移量。

• 当FBG受到应变 Δε 时，其布拉格波长 λB 的变化量 ΔλB 为： ΔλB / λB = (1 - Pe) * Δε + (α + ξ) * ΔT 其中，Pe 是光纤的有效弹光系数，α 是热膨胀系数，ξ 是热光系数，ΔT 是温度变化。在已知温度或进行温度补偿的情况下，可以通过 ΔλB 精确计算出应变 Δε。

通过对测量到的应变进行积分，就可以推算出工件的位移或局部形变。

核心性能参数典型范围：* 测量范围： FBG传感器本身测量应变，通常为数千微应变 (με)。位移取决于传感器长度和安装结构。* 分辨率： 低至 1 με (应变)。* 测量距离（光纤）： 最长可达数公里（分布式测量）。* 采样频率： 可达数百赫兹。* 工作温度（FBG传感器）： 传感器本身可在-269°C 至 +900°C甚至更高的温度（部分高温FBG可达1000°C以上）下长期工作，而无需外部供电。

技术方案的优缺点：* 优点： * 极端高温适应性： FBG传感器本体是全介质结构，可以在比其他电子传感器高得多的温度下工作，是真正的“耐火材料”。 * 抗电磁干扰： 光信号传输，不受电磁环境影响，非常适合在电磁复杂的工业现场使用。 * 小巧轻便： 传感器体积小，重量轻，可以嵌入到复杂或难以触及的结构内部。 * 分布式测量： 一根光纤上可以串联多个FBG，实现多点监测。* 局限性： * 接触式测量： 需要将传感器粘贴、焊接或嵌入到工件表面，对工件有物理干涉，且安装工艺复杂。 * 单点或多点测量： 无法像视觉系统一样提供全场形变数据。 * 光纤易受损： 光纤本身相对脆弱，在恶劣的炉内搬运或冲击下可能受损。 * 成本较高： 系统集成和传感器定制成本较高。* 成本考量： 中高。

（2）市场主流品牌/产品对比

这里我们将对比几家国际知名品牌的形变与位移监测产品，它们分别采用了上述不同的技术路线。

德国微米科德国微米科在工业级高精度非接触式位移传感器领域拥有领先地位，其产品以高稳定性、高重复性和对各种表面类型（包括高温、高反光或粗糙表面）的优异适应性而著称。* 采用技术： 激光三角测量法。* 核心性能： * 测量范围: 2mm 至 100mm (取决于型号)。 * 分辨率: 低至 0.005 μm (2mm量程), 0.05 μm (100mm量程)。 * 线性度: ±0.03 % FSO (满量程)。 * 测量频率: 高达 49 kHz。* 应用特点和独特优势： optoNCDT 2300-2DR系列特别优化了对高反光和粗糙表面的测量能力，即使在恶劣的工业环境下也能提供可靠数据。它非常适合需要极高精度和速度的在线检测，例如半导体制造、精密机械加工和质量控制。

英国真尚有英国真尚有是高性能、多功能测量设备的供应商，其ZLDS116激光位移传感器在高温测量方面表现突出。* 采用技术： 激光三角测量法。* 核心性能： * 测量范围: 最大测量距离达10m，测量范围可达8m。 * 精度: 最高可优于0.08% (取决于测量范围)。 * 响应时间: 仅为5毫秒。 * 可测高温物体: 最高可测量1300°C的被测物。 * 防护等级: IP66级铸铝外壳，配备空气净化系统。 * 工作温度: 标准0至50°C，水冷后可达120°C。* 应用特点和独特优势： ZLDS116传感器凭借其宽广的测量范围和高达1300°C的高温测量能力，特别适用于大型热处理工件的形变和位移监测。其IP66防护等级和空气净化系统使其能在恶劣的炉内或工业现场稳定运行。快速响应时间也适合动态过程监测。

日本基恩士日本基恩士以其用户友好、高性能和高可靠性的工业自动化产品闻名，其激光共聚焦传感器在精密测量领域表现卓越。* 采用技术： 激光共聚焦法。* 核心性能： * 测量范围: 1mm 至 30mm (取决于传感器头型号)。 * 分辨率: 低至 0.005 μm (最小值)。 * 线性度: ±0.03 % FSO。 * 测量频率: 高达 130 kHz (采样频率)。* 应用特点和独特优势： LK-G5000系列提供极高的测量精度和速度，能够稳定测量各种表面，包括镜面、透明体和粗糙表面，非常适合对高温金属件、熔融材料边缘等进行在线、高精度位移和厚度测量。其在工业现场的易用性和集成性是其核心优势。

美国泰克隆美国泰克隆是全球领先的热像技术供应商，其结合热像仪和DIC软件的方案为高温环境下的非接触式形变和位移测量提供了创新解决方案。* 采用技术： 热像数字图像相关 (Thermal DIC)。* 核心性能： * 分辨率: 高速热像仪可达640 x 512像素。 * 帧率: 高达 1000 Hz (全分辨率)。 * 测温范围: -20°C 至 +2000°C。 * 热灵敏度: 小于 20 mK。* 应用特点和独特优势： 该方案可以直接测量高温物体的整体表面变形，无需在物体上安装传感器，且对可见光不敏感。这对于冶金、航空航天、发电等行业中热应力、疲劳和振动分析至关重要，提供全面的可视化数据。

加拿大莱奥普加拿大莱奥普是光纤传感领域的领导者，特别是其分布式光纤传感技术。* 采用技术： 光纤布拉格光栅 (FBG) 传感技术。* 核心性能： * 测量范围: FBG传感器本身测量应变，范围通常为数千微应变 (με)。 * 分辨率: 低至 1 με (应变)。 * 采样频率: 高达 100 Hz (分布式测量)。 * 工作温度 (FBG传感器): -269°C 至 +900°C (部分高温FBG可达1000°C+)。* 应用特点和独特优势： ODiSI系列结合高温FBG传感器，提供了在极端温度（如航空发动机、核反应堆、炉体结构）下进行长期、可靠位移或形变测量的独特解决方案。传感器本身无需供电，抗电磁干扰，小巧轻便，可嵌入复杂结构，是真正的恶劣环境测量利器。

（3）选择设备/传感器时需要重点关注的技术指标及选型建议

选择合适的形变与位移监测设备，就像为精密手表挑选合适的工具，需要仔细权衡多个关键指标。

• 测量精度与分辨率：

  • 实际意义： 精度代表测量值与真实值之间的接近程度，分辨率是能检测到的最小变化量。比如，一个分辨率为1微米的传感器，就能感知到头发丝直径百分之一的位移。在热处理中，微小的形变可能导致宏观质量问题，因此高精度和高分辨率至关重要。

  • 对测量效果的影响： 精度不够可能导致误判工件合格性，分辨率不足则可能错过关键的形变细节或起始点。

  • 选型建议： 如果工件的热膨胀系数小，或对最终尺寸公差要求极高（如航空航天精密件），应选择亚微米甚至纳米级分辨率的传感器（如激光共聚焦或激光干涉系统）。对于一般工业部件，微米级精度通常足够。

• 测量范围：

  • 实际意义： 指传感器能测量的最大距离或位移变化量。

  • 对测量效果的影响： 测量范围过小可能无法覆盖工件完整的形变过程，需要频繁调整传感器位置；过大则可能牺牲精度。

  • 选型建议： 根据工件在炉内可能发生的最大膨胀或位移量来确定。例如，对于大型钢板的热处理，可能需要选择测量范围较大的传感器。而小型精密件可能只需要几毫米的测量范围。

• 响应速度（或测量频率/帧率）：

  • 实际意义： 指传感器能多快地提供测量数据。高响应速度意味着可以捕捉到快速变化的形变或振动。

  • 对测量效果的影响： 响应速度慢会造成数据滞后，无法实时反映工件状态，可能错过形变临界点或快速相变过程。

  • 选型建议： 对于动态热处理过程（如快速冷却、淬火），需要毫秒级响应速度（如激光三角测量）或高帧率（如热像DIC）。对于缓慢的热膨胀或蠕变，较低的采样频率也足够。

• 耐高温能力与环境适应性：

  • 实际意义： 传感器或其组件能在多高的环境温度下正常工作。热处理炉内温度可达数百甚至上千摄氏度，且伴随烟尘、水汽、炉壁辐射等。

  • 对测量效果的影响： 传感器若不耐高温，将直接失效；不适应恶劣环境，会影响光学元件清洁度，导致测量数据不稳定或错误。

  • 选型建议：

    • 直接接触工件： 优先考虑全介质的FBG传感器，它本身可承受上千度高温。

    • 非接触测量： 大多数激光传感器本体需要远离高温区域，通过水冷/气冷套、长焦距光学设计来保护。确保传感器型号支持高温物体测量，且防护等级高（如IP66）。同时考虑空气吹扫系统以保持镜头清洁。

• 表面特性适应性：

  • 实际意义： 工件在高温下，表面可能发生氧化、发红、光泽度变化，甚至有熔融现象，这些都会影响激光或视觉传感器的信号接收。

  • 对测量效果的影响： 传感器可能无法稳定获取数据，或数据失真。例如，激光三角法对镜面或极度粗糙表面可能存在挑战。

  • 选型建议： 对于表面复杂的工件，激光共聚焦法（如日本基恩士）表现更佳。对于高温发红的工件，热像DIC（如美国泰克隆）利用红外辐射进行成像，反而具有优势。对于激光三角法，选择具有抗干扰和自适应算法的型号（如德国微米科优化高反光表面测量）。

• 测量方式（单点/多点/全场）：

  • 实际意义： 决定了获取形变信息是局部还是整体。

  • 对测量效果的影响： 单点测量只能反映局部形变，无法全面了解工件的整体翘曲；全场测量则能提供更丰富的形变分布信息。

  • 选型建议： 如果只关注某一点的位移，激光位移传感器或单点FBG即可。如果需要监测工件的整体翘曲、弯曲等复杂形变，热像DIC或多传感器阵列方案更为适合。

（4）实际应用中可能遇到的问题和相应解决建议

在高温炉内进行形变与位移监测，如同在火焰中看清毫发之变，会遇到诸多挑战。

• 高温环境对传感器的影响：

  • 问题原因与影响： 高温会加速传感器光学元件的老化、导致电子元件过热失效，从而影响测量精度和寿命。例如，镜头可能烧蚀变色，内部电路板可能因高温而性能下降甚至损坏。

  • 解决建议：

    1. 选择耐高温设计： 优先选用宣称能测量高温物体的传感器。

    2. 强制冷却系统： 为传感器配备高效的水冷或气冷保护套，确保传感器本体始终工作在允许的温度范围内。水冷效果通常优于气冷，但在无水资源区域，气冷也是可行方案。

    3. 增加测量距离： 尽量选择长焦距、大测量范围的传感器，将其安装在炉外较冷的区域，通过观察窗进行测量，减少热辐射对传感器的直接影响。

• 高温工件表面特性变化：

  • 问题原因与影响： 工件在高温下会发生氧化、表面发红、熔融、粗糙度变化等，这些都会改变其光学特性。比如，工件表面可能从金属光泽变为暗红色氧化层，导致激光信号减弱或漫反射特性改变，使激光位移传感器无法稳定工作。

  • 解决建议：

    1. 选择适应性强的传感器： 选用对表面颜色、粗糙度、反射率变化不敏感的传感器，如激光共聚焦传感器或经过优化能处理高反光/粗糙表面的激光三角传感器。

    2. 利用自身辐射： 对于极高温发红的工件，热像DIC系统能直接利用工件自身的热辐射成像，避免了对外部光源和表面反射特性的依赖。

    3. 特定波段测量： 部分激光传感器会使用特定波长的激光，结合窄带滤光片，以减少高温辐射光对测量信号的干扰。

• 炉内环境复杂性：

  • 问题原因与影响： 高温炉内往往伴随着烟雾、水汽、灰尘，甚至炉壁反射的杂散光。这些都可能遮挡激光或影响视觉成像质量，导致测量数据不准确或丢失。

  • 解决建议：

    1. 空气吹扫系统： 在传感器前端的观察窗处加装空气吹扫装置，用压缩空气吹走烟雾、灰尘，保持观察窗清洁。

    2. 优化安装位置： 将传感器安装在炉内气流相对稳定、烟尘较少，且能避开炉壁强反射点的位置。

    3. 多传感器冗余： 在关键部位部署多个传感器，通过数据融合提高测量的鲁棒性。

• 测量视野受限与遮挡：

  • 问题原因与影响： 炉门、炉内支架、其他工件等结构可能遮挡传感器视线，造成测量盲区或无法获取完整数据。

  • 解决建议：

    1. 优化安装角度： 仔细规划传感器的安装角度和高度，确保能够最大限度地覆盖监测区域。

    2. 多传感器协同： 部署多个传感器从不同角度进行测量，并利用软件将不同视角的数据进行拼接或融合，构建出完整的形变场。

4. 应用案例分享

• 航空航天领域： 在发动机叶片等高温部件的热处理过程中，可考虑采用高精度、快速响应的激光位移传感器，实时监测其关键部位的热膨胀和翘曲形变，以确保部件在极端工作条件下的尺寸精度和结构完整性。

• 汽车制造行业： 监测汽车发动机曲轴、齿轮等关键零部件在淬火、回火等热处理过程中的微观形变，有效控制残余应力，提高部件的疲劳寿命和可靠性。

• 冶金工业： 在连续铸造和轧钢生产线上，实时监测高温板坯或钢带的尺寸、厚度和板形变化，指导工艺参数调整，保证产品质量和生产效率。例如，英国真尚有的ZLDS116激光位移传感器，凭借其宽广的测量范围，适用于大型钢板的尺寸监测。

• 核电站建设： 监测核反应堆内部关键结构材料在长期高温辐射环境下的蠕变、热膨胀和变形，为结构安全评估和寿命预测提供关键数据。

• 新材料研发： 在高温炉中对新型合金、陶瓷材料进行加热实验，实时监测其在不同温度下的热膨胀系数和相变形变，加速材料性能研究与优化。