[发明专利]一种应用于面内应变的数字散斑传感系统

权利要求书

1.一种应用于面内应变的数字散斑传感系统，包括光源系统、数字散斑干涉系统、图像采集系统、电动加载装置和计算机，其特征在于，所述光源系统包括两个异波长激光光源，用于向电动加载装置上的检测样本发出异波长激光；所述电动加载装置用于夹持检测样本，并能够向检测样本加载压力；所述数字散斑干涉系统用于产生未加载压力时检测样本的参考散斑干涉图像和加载压力时检测样本的测试散斑干涉图像；所述图像采集系统用于获取参考散斑干涉图像和测试散斑干涉图像；所述计算机通过频谱分离技术分别计算两个散斑干涉图像的相位，并根据相位解析出材料面内应变信息。

2.根据权利要求1所述的应用于面内应变的数字散斑传感系统，其特征在于，所述数字散斑干涉系统包括孔径光阑，成像透镜，半反半透镜，第一可调反光镜和第二可调反光镜；所述检测样本表面的漫反射光依次孔径光阑、成像透镜和半反半透镜，所述半反半透镜的两侧设有第一可调反光镜和第二可调反光镜以构成干涉系统；所述检测样本表面的漫反射光分别通过倾斜角度可调的第一反光镜和第二反光镜反射后，经过干涉系统进行剪切，两方向的剪切干涉图像同时被记录到同一个图像采集系统中。

3.根据权利要求1所述的应用于面内应变的数字散斑传感系统，其特征在于，所述计算机计算两个散斑干涉图像的相位时是利用两个异波长激光源的波长不同，两个方向剪切散斑干涉图像的频谱图的位置不同的特性，通过截取不同位置的窗口频谱信息，并进行复数运算，实现提取两个剪切方向的相位信息。

4.根据权利要求3所述的应用于面内应变的数字散斑传感系统，其特征在于，所述计算机提取两个剪切方向的相位信息时具体为：若剪切方向为沿x轴方向，那么所测波前在k₁与k₂方向上的表达式记为：其中，其中，u₁₁、u₁₂分别是通过第一可调反光镜和第二可调反光镜上在敏感方向k1的波前，u₂₁和u₂₂分别是通过第一可调反光镜和第二可调反光镜上在敏感方向k₂的波前；和是波前的相位，而f₁和f₂则是通过剪切产生的两个不同的空间频率，表示为：λ₁和λ₂为两个异波长激光光源的波长，β为第二可调反光镜的倾斜角，则得到的散斑干涉图像I表示为：I＝(u₁₁u₁₁^*+u₁₂u₁₂^*)+(u₂₁u₂₁^*+u₂₂u₂₂^*)+(u₁₁u₁₂^*+u₁₂u₁₁^*)+(u₂₁u₂₂^*+u₂₂u₂₁^*)，其中，u₁₁^*、u₁₂^*、u₂₁^*、u₂₂^*分别为u₁₁、u₁₂、u₂₁、u₂₂在敏感方向k₁与k₂的波前共轭项，通过傅里叶变换得到其中，表示卷积操作，令：U₁₁(f_x,f_y)＝FT(u₁₁)，U₁₂(f_x+f₁,f_y)＝FT(u₁₂)，U₂₁(f_x,f_y)＝FT(u₂₁)，U₂₂(f_x+f₂,f_y)＝FT(u₂₂)，得到记录着散斑图像的傅里叶频谱图分布，其中8个项被分成5个部分，其中，(U₁₁+U₁₁^*+U₁₂+U₁₂^*)和(U₂₁+U₂₁^*+U₂₂+U₂₂^*)项为低频项，分别占据频域中心的位置，其宽度分别为2f_c1和2f_c2；(U₁₂+U₁₁^*)定位在(f₁,0)为中心，而(U₁₁+U₁₂^*)定位在(-f₁,0)为中心，它们在频谱中的宽度都是2f_c1，这两项包含了k₁方向剪切的相位信息；(U₂₂+U₂₁^*)项定位在(f₂,0)为中心，而(U₂₁+U₂₂^*)定位在(-f₂,0)，它们在频谱中的宽度都是2f_c2，这两项记录了在k₂方向上剪切的相位信息；其中，f_c1和f_c2通过选择合适的狭缝尺寸控制，在频谱区域(f₁,0)和(f₂,0)，通过应用窗口傅里叶逆变换，则相位分布通过使用复振幅计算得到，其计算公式为：其中，Im和Re分别表示复数的实部和虚部，而φ₁和φ₂分别是两个倾斜光束的相位差；在加载样本变形后，通过使用相同的方法能够得到

5.根据权利要求1所述的应用于面内应变的数字散斑传感系统，其特征在于，所述计算机根据相位解析出材料面内应变信息具体为：通过形变前、后相位相减获得在两个照明方向上反映面外应变的相位分布图，通过两个方向的面外应变相位信息，计算出检测表面的面内应变信息。