[发明专利]三维变形场同时载频调制的电子散斑检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变形场的载频电子散斑干涉三维位移分量的检测方法，属于采用载频电子散斑干涉测量物体变形三维分量的技术领域。

背景技术

在光力学测量中，电子散斑干涉测量技术可以精确测量物体的变形场，具有精度高、非接触、对隔震要求低等优点，在物体的静、动态测量中得到广泛应用。但目前典型的电子散斑干涉技术只能测量物体的一维变形。由于物体的变形是三维的，常常需要测量物体的二维或三维变形分量。时间相移和载频调制是两种有效的相位定量测量技术。与相移技术相比，干涉条纹空间调制的方法不需要精密的相移设备，对测量的环境要求低，具有适合动态测量的优点，在实际应用中有重要价值。在已有的研究成果中，应用相移电子散斑的方法测量三维位移分量已有报道。应用三个测量光路分别载频调制的电子散斑法已有报道，该方法对三个位移分量分别调制分别解调，光路复杂，本质上还是一维的载频调制。对三个位移分量一次性同时调制和解调的电子散斑方法还未见报道。

发明内容

本发明针对现有载频电子散斑测量三维位移分量方法的不足，提供一种三维变形场同时载频调制的电子散斑检测方法，该方法可高质量的同时载频调制物体变形场的三个位移分量，一次性测量得到物体变形的三维位移分量。

本发明的三维变形场同时载频调制的电子散斑检测方法，是：

在被测物一侧固定放置一与其平行但不接触的参考物，被测物中心和大错位方棱镜中心的连线与参考物中心和大错位方棱镜中心的连线形成的夹角与大错位方棱镜的分束角度相等；被测物的前方放置一个大错位方棱镜，被测物面和参考物面通过大错位方棱镜叠加成像，大错位方棱镜前面放置一个摄像头，用三个激光器从不同的方向分别同时照明被测物面和参考物面，三个激光器的前面均设有一个扩束镜；在被测物变形前，用三个激光器分别同时照明被测物面和参考物面，分别采集散斑干涉图像，得到三幅原始的被测物面散斑干涉图像，将参考物面偏转，再分别采集三幅被测物面散斑干涉图像，将对应同一激光器的、参考物面偏转前后得到的被测物面散斑干涉图像相减，得到三幅被测物面载波条纹图；保持参考物面偏转状态不变，被测物加载变形后，再用三个激光器分别同时照明被测物面和参考物面，分别采集被测物变形后的三幅被测物面散斑干涉图像，将被测物变形后的三幅被测物面散斑干涉图像与三幅原始的被测物面散斑干涉图像相减，得到三幅被测物面受调制载波条纹图；三幅被测物面受调制载波条纹图与三幅被测物面载波条纹图结合，利用傅里叶变换法分别解调，得到对应三个激光器照明的包含离面位移和面内位移分量信息的三幅相位图；对三幅相位图进行相位运算得到三维位移场分量。

大错位方棱镜为中国专利文献CN201364392公开的《一种实现电子散斑干涉的大错位方棱镜》，该大错位方棱镜由普通光学玻璃磨制的二个直角三角棱镜组成，其中一个直角三角棱镜的斜面上镀有半透半反膜，这二个直角三角棱镜的斜面用光学胶粘合在一起形成方棱镜，该方棱镜的一个反射面是磨去一个楔角α的斜面，α在1°到10°之间，方棱镜的入射光所在的面和出射光所在的面镀有增透膜，两个反射面均镀有全反射膜。该大错位方棱镜采用普通光学玻璃取代了现有技术中昂贵的方解石晶体，通过对普通光学玻璃制备的方棱镜进行磨制实现了电子散斑干涉，结构简单，能够很好的控制分束角，获得的干涉条纹质量好，容易实现干涉。

本发明采用大错位方棱镜使被测物体面和参考物面近距离叠加成像，通过偏转参考物面引入载波条纹，对三个激光照明干涉场一次性进行调制；三维变形场同时载频调制的电子散斑技术，结合傅里叶变换方法，可以实现变形场三个位移分量的同时测量。该方法具有光路简单，操作相对简单，测量精度高的优点。

附图说明

图1是典型的单光束照明电子散斑干涉系统光路示意图。

图2是三维载频调制的电子散斑干涉系统示意图。

图3是第一激光器照明时被测物体变形前载波条纹图。

图4是第二激光器照明时被测物体变形前载波条纹图。

图5是第三激光器照明时被测物体变形前载波条纹图。

图6是第一激光器照明时被测物体变形后受调制载波条纹图。

图7是第二激光器照明时被测物体变形后受调制载波条纹图。

图8是第三激光器照明时被测物体变形后受调制载波条纹图。

图9是第一激光器照明时的物体变形包络相位图。

图10是第二激光器照明时的物体变形包络相位图。

图11是第三激光器照明时的物体变形包络相位图。

图12是分离出的面内位移分量(u场)的条纹图。