热毛细对流是由Marangoni效应引起的一种对流形式,是空间环境中的主要对流方式,随着外太空活动的日益频繁,人们越来越重视热毛细对流的研究。对热毛细对流的研究能够帮助人们更好的适应空间环境。热毛细对流在晶体生长提纯和薄膜制备等工业生产中也有体现,对产品质量产生影响。在地面常重力等环境中,重力主导下的浮力对流是对流的主要形态,虽然热毛细对流比较微弱,但不能被忽略。人们对热毛细对流的温度、速度等微弱物理信号进行了详细研究,但在流体力学的研究领域,热毛细对流自由面的变化是一种非常重要的物理现象。针对热毛细对流自由面的形变位移,研制搭建一套双频激光干涉测量系统。将光学干涉技术与相位计相结合,系统实时获得相位计输出的反映流体表面形变的信号。论文详述了此光电检测系统及相位计的原理和装置。搭建的双频激光干涉测量系统,通过PI电机驱动物体的移动,对移动物体进行测量,采集数据,标定系统的性能特性。同时,应用激光位移传感器验证双频激光干涉测量系统的精度。标定结果显示研制的双频激光干涉测量系统相比激光位移传感器有着更好的测量性能。搭建矩形液池热毛细对流系统,用研制的系统实时检测液池自由面振荡。实验系统囊括温度调节部分、测量部分和数据采集部分。对液池侧壁的温度进行控制,使流体表面产生温度梯度。利用搭建的测量系统检测液层自由面振荡时,发现在不同厚度的液层中热毛细对流发生振荡的临界温度差不同,振荡频率基本相同,验证了双频激光干涉测量技术测量热毛细对流自由面的可行性。同时分析了环境对本实验测量系统的影响,并采取措施减小对测量结果的影响。