[发明专利]一种基于相移剪切电子散斑干涉的高精度视频引伸计及测量方法

权利要求书

1.一种基于相移剪切电子散斑干涉的高精度视频引伸计，包括激光器(1)、光纤分束器(14)、两条光纤(12、13)、两个准直透镜L₁、L₂(2、3)、三个平面反射镜M₁、M₂、M₃(5、7、6′)、一个压电陶瓷相移器PZT(6)、一个分光棱镜(8)、一个CCD/CMOS相机(10)和计算机(11)，其特征在于：所述激光器(1)产生的激光由光纤分束器(14)分成两路分别经第一准直透镜L₁(2)、第二准直透镜L₂(3)照射试件(4)中测试区段(P-Q)，其反射光分别经第一平面反射镜M₁(5)反射、以及第二平面反射镜M₂(7)和第三平面反射镜反射M₃(6′)反射，而后这两组反射光经分光棱镜BS(8)后，被相机(10)的成像镜头(9)摄取成像并输入到计算机(11)，第三平面反射镜M₃(M₃)安装在压电陶瓷相移器PZT(6)上，压电陶瓷相移器PZT(6)连接计算机而受其控制。

2.根据权利要求1所述的基于相移剪切电子散斑干涉的高精度视频引伸计，其特征在于：所述激光器(1)发出的激光导入光纤后，经分束器(14)一分为二，通过第一准直透镜L₁(2)、第二准直透镜L₂(3)准直成两束平行光，以对称的方式入射到试件(4)中测试区段(P-Q)。

3.根据权利要求2所述的基于相移剪切电子散斑干涉的高精度视频引伸计，其特征在于：所述两束对称入射的激光与试件(4)的轴线位于同一平面内，两束激光相对试件(4)法线的夹角相等，该对称入射光路只对试件(4)沿轴向的变形敏感。

4.根据权利要求1所述的基于相移剪切电子散斑干涉的高精度视频引伸计，其特征在于：所述CCD/CMOS相机(10)及其成像镜头(9)构成成像系统，相机(10)和成像镜头(9)间通过标准接口连接，成像系统的光轴与激光束在同一平面，正对试件(4)拍摄。

5.根据权利要求1所述的基于相移剪切电子散斑干涉的高精度视频引伸计，其特征在于：所述相移剪切，其剪切光路为：将试件(4)上的间隔为标距长度D，其两个观测区域P和Q通过剪切光路传输到成像系统中相互叠加，实现剪切干涉。

6.根据权利要求5所述的基于相移剪切电子散斑干涉的高精度视频引伸计，其特征在于：所述剪切光路包括第一平面反射镜M₁(5)、第二平面反射镜M₂(7)、第三平面反射镜M₃(6′)、一个分光棱镜BS(8)；第一平面反射镜M₁(5)、第二平面反射镜M₂(7)位于成像系统光轴的两侧，分别对准观察区域P、Q，分光棱镜BS(8)和第三平面反射镜M₃(6′)位于成像系统光轴上。

7.根据权利要求1所述的基于相移剪切电子散斑干涉的高精度视频引伸计，其特征在于：所述分光棱镜BS(8)紧靠成像镜头(9)放置，第三平面反射镜M₃(6′)固定在压电陶瓷相移器PZT(6)上，紧靠分光棱镜BS(8)放置，压电陶瓷相移器PZT(6)可根据控制信号推动第三平面反射镜M₃(6′)移动，在剪切光路里引入相移，实现高精度的相移剪切电子散斑测量。

8.根据权利要求1所述的基于相移剪切电子散斑干涉的高精度视频引伸计，其特征在于：从观察区域P和Q反射的激光，经剪切光路传送至成像系统中相互叠加，形成剪切干涉图样，在计算机(11)控制下，压电陶瓷相移器PZT(6)产生相移，而产生的相移干涉图样被计算机(11)采集。

9.一种基于相移剪切电子散斑干涉的高精度视频引伸计测量方法，采用根据权利要求1所述的基于相移剪切电子散斑干涉的高精度视频引伸计进行操作，其特征在于：测量步骤如下：

1)、安置测量系统和试件后开机：

激光器发出的激光经光纤分束器一分为二，再由第一准直透镜L₁、第二准直透镜L₂准直成两束平行光，对称照射到试件表面；两束激光与试件轴向共面，与试件法向夹角皆为θ；

2)、实现剪切干涉：

第一平面反射镜M₁、第二平面反射镜M₂位于成像系统光轴的两侧，分别对准试件上的观测区域P和Q；分光棱镜BS和第三平面反射镜M₃都位于成像系统光轴上，分光棱镜BS紧靠成像镜头放置，反射镜M₃紧靠分光棱镜BS放置，反射镜M₃固定在压电陶瓷相移器PZT上，压电陶瓷相移器PZT可在控制信号驱动推动第三平面反射镜M₃移动，在剪切光路中引入相移；试件上观测区域P处的反射光，先经第一平面反射镜M₁反射，再经分光棱镜BS反射，进入成像系统。试件上观测区域Q处的反射光，先经第二平面反射镜M₂反射，再经第三平面反射镜M₃反射，最后透射过分光棱镜BS，进入成像系统；来自试件上P处和Q处的反射光，在成像系统中相互叠加，实现剪切干涉；

3)、采集相移干涉图像：

激光经分束准直后对称照射试件，剪切光路将试件上观测区域P处和Q处反射的激光传送至成像系统，在成像系统中相互叠加，实现剪切干涉，成像系统正对试件拍摄，计算机控制压电陶瓷相移器PZT产生相移并通过相机采集相移干涉图像；

4)计算试件的应变：

计算机根据标准的相移算法从相移图像中计算出相位，再由电子散斑干涉的面内位移测量公式，计算出观测区域P和Q之间的相对位移ΔD，从而计算出试件的应变ε＝ΔD/D。