[发明专利]一种基于脉冲激光的超快数字散斑系统和实验方法

说明书

一种基于脉冲激光的超快数字散斑系统和实验方法，系统包括沿光路依次设置的脉冲激光器、分光镜、反射镜组、扩束镜组、加载设备和超快相机。分光镜用于将脉冲激光器输出的激光分成光强相等的两束激光；超快相机用于拍摄数字散斑图像；超快相机的帧率与激光的重复频率一致，且所述系统的曝光时间与所述脉冲激光器输出激光的皮秒量级的半高宽一致。本发明将对材料应变场的时间分辨率提升到了皮秒量级，使得数字散斑技术能够很好的应用于断裂、冲击等高应变率场景中；可以清晰地拍摄到试件上快速移动的特征点，极大地提高了数字散斑技术的测试精度；通过将超快相机和皮秒激光的帧率设定为相同数值，节省了激光脉冲测试过程中普遍存在的设备同步程序。

技术领域

本发明涉及光学与数字图像技术领域，尤其涉及一种基于脉冲激光的超快数字散斑系统和实验方法。

背景技术

数字散斑技术通过追踪物体表面变形前后两幅图中某一特征点的位置来计算其位移，再将试件上的所有特征点的位移特征进行整合计算从而得到试件的应变场。其作为一种非接触式的测试方式被广泛应用在土木建筑、材料特性、无损检测等研究领域。随着社会经济的发展，越来越多的工程实际需要研究高应变率条件下（例如爆破、冲击时）的全过程环境应变图。

目前，数字散斑技术使用的是连续光源。应用于超高应变率的场景时，试件上的特征点会出现严重的模糊现象，导致将试件上的所有特征点的位移特征进行整合计算时得到的结果不准确甚至无法进行计算。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了如下技术方案。

本发明一方面提供了一种基于脉冲激光的超快数字散斑系统，包括沿光路依次设置的脉冲激光器、分光镜、反射镜、扩束镜组、加载设备和超快相机；

所述分光镜用于将所述脉冲激光器输出的激光分成光强相等的两束激光；

所述超快相机用于拍摄数字散斑图像；

所述超快相机的帧率与所述脉冲激光器输出激光的重复频率一致，且所述系统的曝光时间与所述脉冲激光器输出激光的皮秒量级的半高宽一致；

所述脉冲激光器输出激光到达所述超快相机时，其光强不低于所述超快相机要求的最低照度。

优选地，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜，所述扩束镜组包括第一扩束镜组和第二扩束镜组，所述第一反射镜和第一扩束镜组形成第一光路，所述第二反射镜和第二扩束镜组形成第二光路；所述脉冲激光器输出的激光经过分光镜形成光强相等的两束激光后，分别经过第一光路和第二光路后照射到位于所述加载设备的试件上。

优选地，所述第一光路和第二光路对称。

优选地，所述第一扩束镜组和第二扩束镜组均由相邻设置的凹透镜和凸透镜组成，且凹透镜位于凸透镜之前。

优选地，在所述第一扩束镜组和第二扩束镜组中，所述凹透镜和凸透镜之间的距离设置为可调。

优选地，所述凹透镜为平凹透镜，所述凸透镜为平凸透镜，所述凹透镜的远像源面为凹面，所述凸透镜的远像源面为凸面。

优选地，所述加载设备用于对待测试件施加载荷；所述加载设备为静态加载设备或动态加载设备。

优选地，所述动态加载设备为霍普金森杆或摆锤冲击加载设备。

优选地，还包括计算机，所述超快相机与所述计算机数据连接，所述计算机用于处理所述超快相机拍摄的数字散斑图像

本发明另一方面提供了一种基于脉冲激光的超快数字散斑实验方法，利用上述的系统，所述脉冲激光器输出的激光为实验时唯一的光源。