[发明专利]实时空间相移的相干梯度敏感干涉方法

说明书

本发明公开了一种实时空间相移的相干梯度敏感干涉方法，包括以下步骤：通过相干梯度敏感干涉方法CGS的方法设置光路；在准直镜后设置半透半反与全反射的组合棱镜；设置第一至第四旋转台；设置透明介质薄片；根据旋转角与相移量的定量关系确定相对旋转角度；根据相对旋转角度控制透明介质薄片旋转以保证每次相移步进量分别为π/2，π，3π/2；获取第一至第四条纹图；根据灰度系数分割第一至第四条纹图；按照四步相移原理式进行灰度运算以获取包裹相位场；进行解包裹以获取形貌、曲率和梯度场。该方法可以提高求解精度与效率，实现精确与自动化的动态问题条纹图的处理与计算，简单便捷。

技术领域

本发明涉及光测力学技术领域，特别涉及一种实时空间相移的相干梯度敏感干涉方法。

背景技术

相干梯度敏感干涉方法(Coherent Gradient Sensing)简称CGS方法，是将准直激光束通过透明试件或经由反射表面反射，透过两片荣格光栅形成的干涉条纹场。其中，在透射式的方法中，干涉条纹即面内主应力和梯度的等值线；而在反射式的方法中，干涉条纹即离面位移梯度的等值线。此方法广泛应用在断裂力学和曲率测量中，尤其是在动态断裂力学中，有着极其广泛的应用。此方法的控制方程中含有透光介质的面内主应力和项，与断裂力学平面问题中的K因子表达恰好一致，故而成为了透明材料K因子求解的重要手段。然而，CGS方法自从提出以来，并没有解决条纹场自动处理的问题，尤其是动态问题中的条纹自动处理。动态问题要求实时记录条纹场的变化情况，并通过每一帧条纹图获取当时的材料应力、变形信息，是非常困难的。

相关技术中，为了解决CGS方法中以上的精度和自动化问题，常见的方法是在原有CGS系统中进行相移，然而CGS方法的原理决定了其相移的难度，其干涉条纹并非两束相互独立的激光干涉而来的，而是试件表面距离非常近(亚毫米量级)的两个点出射或反射的光线彼此干涉而得到的，且试件的尺寸远大于这个距离，两束光无法有效分离，进而对其中一束引入相位差。即CGS方法区别于其他传统干涉方法之处决定了其不允许用传统相移的原理进行相移。此外，对于动态问题来说，条纹灰度场是时间的函数，无法通过与静态问题相同的方法来实现四步相移。

因此，如何在空间上进行相移，如何实现动态问题中的实时测量并获取精确的全场相位信息，就是传统CGS方法所面临的重大挑战，也是CGS方法在动态断裂问题中应用的一大瓶颈。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种实时空间相移的相干梯度敏感干涉方法，该方法可以提高求解精度与效率，简单便捷。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种实时空间相移的相干梯度敏感干涉方法，包括以下步骤：通过相干梯度敏感干涉方法CGS的方法设置光路，其中，所述光路包括第一光栅、第二光栅、透镜和光屏；在准直镜后设置半透半反与全反射的组合棱镜；在所述第一光栅和第二光栅之间设置第一至第四旋转台；在每个旋转台之上设置预设厚度和折射率的透明介质薄片；根据旋转角与相移量的定量关系确定每片透明介质薄片的相对旋转角度；固定任意一片透明介质薄片，并根据所述相对旋转角度控制剩余透明介质薄片旋转以保证每次相移步进量分别为π/2，π，3π/2；放置试件以获取第一至第四条纹图；根据灰度系数分割所述第一至第四条纹图；按照四步相移原理式对分割后的所述第一至第四的条纹图进行灰度运算以获取包裹相位场；以及进行解包裹以获取形貌、曲率和梯度场。

根据本发明实施例的实时空间相移的相干梯度敏感干涉方法，在原有相干梯度敏感干涉光路的试件后方，放置一套组合棱镜，将一束平行激光分为相位差不变的四束平行激光阵列，分别通过两块光栅之间的相差系统，通过四个独立的可旋转的平面透明介质，引入光程差的逐级改变，最终同时获取四个不同相位差值的条纹图，进而可以实现动态问题的实时观测与相位场精确求解，提高了其求解精度与效率，实现了精确与自动化的动态问题条纹图的处理与计算，对于非静态裂尖应力场或微小曲率动态测量有着较大的帮助。