三维电子散斑干涉技术及其应用研究

通过大错位剪切镜和一作为参考物的压电陶瓷相移器将三个电子散斑干涉系统组成一新的三维电子散斑干涉系统。利用该系统，结合相移技术和图像处理技术，可得到独立的位移场(u,v和w场)。该技术的特点是用三个激光器作为光源，一个压电陶瓷相移器产生参考光并实现相移，CCD摄像机前放置大错位剪切镜以使物光和参考光产生干涉。将该技术应用到柴油发动机零部件测量上，得到了主轴承孔周的三维位移场。     

基于剪切散斑干涉技术的物体变形动态检测

为使仅适用于静态测量的空间相移剪切散斑干涉系统可用于物体变形的动态测量,在对传统剪切散斑干涉系统加以改进的基础上,提出一种物体变形动态检测方法。将检测系统中的压电陶瓷控制器用参考镜代替,减少了物理装置控制与执行的时间。对于物体发生变形的同一状态,仅需采集一幅干涉图像即可满足后期计算,加以二维连续小波滤波和最小二乘相位解包算法,能满足物体变形动态在线检测的需求。理论和实测实验表明,该方法能快速可靠地检测出物体动态形变,整个系统的最大误差范围在-1.5 rad~1.5 rad之间,整个检测过程最大误差百分比为6.4%,有较高的精度和实用性,为新型剪切散斑干涉测量系统的改进和设计提供参考。     

双功能数字散斑干涉位移及空间梯度同时测量

为了满足无损检测中复合材料在复杂载荷下多参数变量评估的需求,提出了一种基于光路复用的双功能数字散斑干涉系统,能够同时实现数字散斑干涉和数字剪切散斑干涉测量功能.通过控制其中一个反射镜-波片组合,当该组合离位时,构成数字散斑干涉测量光路,实现离面位移测量;当该组合在位时,构成数字剪切散斑干涉测量光路,实现离面位移空间梯度的测量.测量过程中只需简单切换该组合的位置就可以实现单次加载下被测物体表面离面位移及其空间梯度的同时测量.该系统光路结构简单、切换效率高,能够同时获得高质量的位移及空间梯度测量结果.实验证明,双功能数字散斑干涉系统既具备高抗干扰能力,又具备高灵敏度测试能力,适合复合材料无损检测现场使用.     

剪切散斑干涉技术及应用研究进展

剪切散斑干涉技术是一种非接触测量物体变形缺陷的光学无损测量方法,其通过计算物体变形前后的散斑图中的相位获取被测物的应变缺陷信息。近年来该技术在航空、航天等工业无损检测领域得到了广泛的应用。本文从系统关键技术、散斑图像处理技术两方面介绍了剪切散斑干涉技术的研究进展,详细论述了多种剪切装置实现大视角测量、空间载波实现动态测量、多种图像处理算法的一系列剪切散斑干涉技术;最后介绍了剪切散斑干涉技术的国内外应用进展,展望了剪切散斑干涉技术在动态测量、光滑表面测量及定量反算形变量等方面的发展趋势。     

载频调制大剪切电子散斑干涉系统

大剪切电子散斑干涉技术不需要引入参考光，具有条纹质量好等特点。提出将干涉场的载频调制技术引入到大剪切电子散斑干涉中，可形成具有载频调制功能的新的电子散斑干涉系统。该系统具有对测量环境的隔振振动要求低，能方便定量求解物体的变形场等优点。首先讨论大剪切载频的调制机理，然后利用中心加载、周边固定的圆盘进行典型实验，设计了可用计算机控制且可对参考物进行精确偏转的步进电机系统，进而实现了对电子散斑干涉场的自动控制调制。最后，利用傅里叶变换法对调制条纹进行解调，解调出变形场的相位，并通过相位与位移的转换计算，得到精确的物体变形场。实验结果证明，该系统能够调制电子散斑干涉场，求解物体的位移场。     

基于4f的大视角剪切散斑干涉系统设计

数字剪切散斑干涉技术在工业无损检测领域有广阔的应用前景,传统的迈克尔逊型数字剪切散斑干涉仪由于结构的限制,视场角很小,这限制了其在工程上的应用。介绍一种新型的大视角剪切散斑干涉系统,通过在成像镜头和CCD传感器之间嵌入4f光学系统来扩大其视场角,并实现镜头的外置。理论分析证明,视场角不再受到迈克尔逊结构的限制,仅仅取决于镜头的焦距和CCD传感器的靶面尺寸。设计并组建了一个大视场角迈克尔逊剪切散斑干涉系统,对比实验表明,在短的工作距离下实现了大视场的全场检测,在1 m的测距下,新系统测量面积可达800 mm600 mm,而传统的系统测量面积只有250 mm200 mm。     

数字散斑干涉术物体形变测量

基于数字散斑干涉术测量物体形变的原理,研究了物体面内位移及变形的测试技术.采用电荷耦合器件记录变形前后的两幅散斑图,取代传统散斑干涉术中的记录干板,省去传统方法中干板显影、定影的繁琐的化学湿处理过程.分别用菲涅尔散斑和像面散斑方法获得散斑干涉图,用相减技术得到含有物体形变信息的散斑干涉条纹.设计高斯低通滤波器,对干涉条纹进行处理,提高了干涉条纹的对比度.提出扫描条纹中心行方法,由条纹中心行一维位相分布获得一维物面变形,实现了散斑干涉条纹的自动判读.试验表明,该方法简洁且实用.     

大剪切电子散斑干涉的载频调制与位移场测量

将电子散斑干涉场的载波调制引入到大剪切电子散斑干涉中,通过对参考物的微小偏转引入载波条纹;利用傅里叶变换法,解调出了变形场的相位,从而实现了物体变形场的精确测量。讨论了大剪切载频的调制机理,理论分析表明,调制条纹的空间频率与参考面偏转的角度成正比;因此,控制参考面的偏转角度可实现不同位移量系统的调制。利用中心加载周边固定圆盘进行了典型实验,实验结果证明在大剪切电子散斑干涉技术中可以通过参考面的旋转高质量地实现电子散斑干涉条纹的调制,求解位移场。该系统具有系统简单,不需要专门引入参考光,条纹质量好等优点。该技术可扩展电子散斑干涉的应用范围,有一定的实际应用价值。     

马赫曾德双成像的镜面材料内部缺陷检测系统

针对传统剪切散斑干涉技术只能测量粗糙表面,无法直接测量镜面物体的缺陷,提出了一种改进的剪切成像装置,利用被测物表面反射由激光经毛玻璃组扩束后产生的散斑来实现镜面物体缺陷检测;同时采用双成像的马赫曾德干涉系统,实现剪切量与载波频率的独立调整,扩大有效测量区域.对8k镜面板采用顶针加载的方式,对预置缺陷的镜面表面材料采用热加载的方式,进行缺陷检测.实验结果表明:该方法检测出的缺陷分布与加载方式、预置缺陷的分布基本保持一致,可实现对镜面材料内部缺陷的快速动态检测.     

一种用于动态过程测量的实时偏振相移方法

利用一种特殊的相位龙基光栅和偏振相移技术,可同时获得四幅具有不同相移的干涉图,由此可计算出被测物体的全场相位分布,从而实现对支态过程相位的测量。将该方法应用于马赫－曾德尔干涉系统的散斑干涉系统,分别测量了液体的折射率变化和固体的离面位移,给出了实验结果。     

平行式向列液晶实现相移剪切电子散斑干涉术的研究

研究了向列型液晶的相位调制特性，采用平行式向列液昌作为相移器建立了相移剪切电子散斑干涉计量系统。该方法将相移技术引入到剪切电子散斑干涉术中，提高了检测精度，采用了相关条纹法求解相位，简化了计算；相移方法简单，可靠。用该系统进行应变场的测量实验，取得了满意的效果。     

融合散斑干涉技术的阵列式洛伦兹力微颗粒探测方法

提出了一种阵列式洛伦兹力微颗粒探测法,该方法结合了散斑干涉技术的全场位移测量、分辨率高等特性与洛伦兹力微颗粒探测法中探测量为矢量、可探测内部缺陷等优势,探索了一种实时、在线、原位的缺陷检测方法.针对阵列式洛伦兹力微颗粒探测法中阵列式排布的多个悬臂梁位移测量问题,设计了大剪切数字散斑干涉系统,使来自于被测悬臂梁和安装悬臂梁的横梁的反射光发生干涉,形成剪切干涉,通过对相位差进行分析获得悬臂梁的绝对位移,并且以洛伦兹力及悬臂梁末端的位移量为中间量建立了散斑干涉相位差与缺陷体积之间的关系.本文通过实验成功获得了悬臂梁全场位移量以及缺陷的体积,通过散斑干涉的方法测量悬臂梁位移量理论分辨率可达30 nm,这使洛伦兹力微颗粒探测法具备了微米级缺陷的探测能力.     

光纤全息散斑干涉计量

脉冲激光经光导纤维传输后，其偏振性变化为随机分布，相干性有所降低，但它用在全息干涉计量中却有突出的优点，对于涉条纹的形成和清晰度没有影响。经常使用的光纤散斑全息干涉系统有两种类型：一种是只用传光束形成物光，参考光，此种系统形成的全息象清晰度有所下降，但做全息干涉计量时对条纹的衬比度和清晰度没有任何影响．另一种类型是物光和参考光都是用光导纤维传输，然后用光纤传象束将物体的象进行传输，再用透镜将其成象在底片上，做双曝光全息干涉时则形成全息散斑干涉计量，用全息方法再现时干涉图类似“杨氏”条纹。本文对上述两种系统，结合实验结果、分三种情况进行了研究。文章共分为三个部分：（一）引言；（二）散斑全息干涉计量；（三）结论。     

用于多参数同时测量的散斑干涉仪

本文描述了一种新的散斑干涉仪,它可以同时对表面应变物体的面内位移、离面位移、位移梯度和莫尔曲率进行测量;由于利用了取向滤波方法,在滤波系统输出平面同时得到了与这些参数对应的散斑条纹.还利用散斑空间运动规律较好地解释了散斑干涉与散斑剪切干涉之间的关系.     

音频激振散斑干涉术在飞机复合材料原位检测中的应用

本文介绍了自行研制的宽音频扫描激振数字错位散斑干涉系统。利用该系统对复合材料人工缺陷样件进行了检测验证。实验结果表明,该系统检测效果明显,具有快速、连续、全场和非接触等优点,适合于飞机复合材料的外场原位检测。     

双波长剪切散斑干涉法在复合材料缺陷检测中的应用

为使剪切散斑干涉能适用于物体大变形的测量,选用双波长激光照射和彩色相机,用傅里叶变换法对干涉图进行频谱分离,用红色波长相位减去绿色波长相位,得到合成波长相位,经频域滤波和相位解包裹,得到连续相位.理论计算表明合成波长相位条纹数是单波长相位条纹数的0.189倍.合成波长参与计算可以有效减小相位条纹密度,解决剪切散斑干涉在物体离面位移测量中由于变形条纹过于密集而导致欠采样的问题,同时降低对干涉条纹滤波和相位解包裹难度,增强图像处理可靠度,提高了测量准确度.给出了合成波长与单波长相位幅度的比较以及相同外力下二者相位条纹密度的对比,实验验证了所提方法的有效性、准确性和可靠性,实现了剪切散斑干涉对复合材料大变形的测量,扩展了剪切散斑干涉工程应用的范围,为新型剪切散斑干涉测量系统的设计提供了参考.     

频闪剪切散斑干涉术的研究

提出了一种用于振动研究的方法——频闪剪切散斑干涉照相法。该方法由于采用了剪切镜,能得到较为精确的散斑剪切图,提高了测量的精度,是一种用于振动研究较为理想的散斑照相的新方法。讨论了频闪剪切散斑干涉术的基本原理,给出了频闪剪切散斑图的全场分析的平均光强分析的解析式,并给出了实验结果。理论和实验都表明频闪剪切散斑干涉照相法要优于时间平均剪切散斑干涉照相法。该方法在全场滤波分析时,能给出任一瞬时物体振动信息,得到清晰的、高衬比的全场干涉条纹图,是一种实用可行的方法。     

线性相关计算法形成数字剪切散斑相关条纹图

本文提出了用线性相关计算法形成数字剪切散斑干涉条纹的新方法,从理论分析和实验研究均证明,用该方法所获得的数字剪切散斑相关条纹图在图象监视器上易于观看,条纹图象光强无直流分量影响且可见度较减模式要高,该新方法的采用为今后的条纹图象分析奠定了基础。     

瞬态形变的高速时域散斑干涉测量

在迈克耳孙式干涉光路的基础上结合高速摄像和采集系统,利用时域散斑干涉测量技术,实现了瞬态三维形变场的实时测量。物体发生形变时会产生一个时变的散斑干涉场,通过连续采集的散斑干涉图序列便可得到各个像素点的一维时域干涉信号,即光强随时间的变化关系。在利用经验模态分解对干涉信号进行降噪处理之后,借助于希尔伯特变换的相移作用完成信号相位的解调,并在时域中进行相位展开,最终通过逐点分析获得全场的相位分布。为了验证该方法的有效性,对由压电陶瓷驱动的瞬态离面形变进行了测量。结果表明,该方法可在1000 frame/s的采集速度下实现动态形变的实时测量。与传统相移法相比,该方法结构简单,易于实现,在时间和空间上都具有较高的分辨率。     

复合式剪切光学器件的应用与制作

<正> 一、复合式剪切光学器件的应用由于高相干性光源-激光的出现,目前已研制出能用于研究漫射体表面形变的新型干涉仪,它包括全息干涉术、散斑干涉术以及散斑剪切干涉术。这里我们主要讨论散斑剪切干涉术,因为它对于隔振和光源相干性要求比全息术低,比其它散斑技术所获得的条纹质量高。利用散斑剪切干涉术原理,制成了一种干涉仪,我们称之为复合式剪切相机。这种相机容易获得,也就是在普通相机的物镜前装一付复合式剪切光学器件,将此器件分成四个等区域的象限,其标号为(1)～(4),见图1。