[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在审

专利信息
申请号: 202110765273.5 申请日: 2021-07-07
公开(公告)号: CN113566727A 公开(公告)日: 2021-10-29
发明(设计)人: 李凯 申请(专利权)人: 上海大学
主分类号: G01B11/16 分类号: G01B11/16;G01N3/06;G01N3/08
代理公司: 上海上大专利事务所(普通合伙) 31205 代理人: 何文欣
地址: 200444*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 相移 剪切 电子 干涉 高精度 视频 引伸计 测量方法
【说明书】:

发明公开了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。本引伸计包括激光器、光纤分束器、两条光纤、两个准直透镜、三个平面反射镜、一个压电陶瓷相移器、一个分光棱镜、一个CCD/CMOS相机和计算机,激光器产生的激光由光纤分束器分成两路分别经两个准直透镜照射试件中测试区段,试件上从标距长度两端反射的激光,经由反射镜、分光棱镜、相移器组成的相移剪切光路,进入成像镜头并在相机靶面实现剪切干涉,实现标距长度段的高精度应变测量。本发明测量精度为激光波长的量级,可达0.01个激光波长的精度,测量方法不易环境振动和空气扰动影响。

技术领域

本发明公开了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,属于光电检测领域。

背景技术

引伸计是一种广泛应用于材料应变测量的装置,分为接触式引伸计和非接触式引伸计,比之于接触式引伸计,非接触式引伸计具有非接触、不会因为夹持而破坏试样等优点。视频引伸计是一种非接触应变测量方式,近年来发展迅速,逐渐成为了材料基本力学性能测量的重要工具。然而,通常的视频引伸计都是以图像识别、图像匹配为基础实现的,测量时要求试件表面有可供辨识的特征,如果试件表面无明显特征可供识别,则需要人工在试件表面制作特征,比如通过划线、喷漆、刻蚀或者转印等方法在试件表面制作标识图案,这个过程耗时耗力,且会增加损坏试件的风险,以及干扰试件本身的材料特性,影响测量结果。此外,现有的视频引伸计的测量精度主要依赖图像采集系统的分辨率,为达到较高的应变测量精度,就需要使用价格昂贵的高分辨率相机和高分辨率镜头,这大大阻碍了视频引伸计在工业界的推广使用。

电子散斑干涉法是光测实验力学中的重要测量方法之一。它以激光散斑为信息载体,无需对物体进行任何标记,即可实现高灵敏度的非接触变形测量。由于这种测量方法以激光干涉为基础,其测量精度与激光波长相当,也就是微米量级,如果再配合相移技术,则测量精度可达0.01个激光波长,也就是纳米级的测量精度。然而,电子散斑干涉法易受测量环境的影响,轻微的环境震动或是空气扰动都会干扰测量结果,因此其使用环境通常限于实验室或测试环境非常稳定的工况。剪切电子散斑干涉法是在电子散斑干涉法基础上发展起来的测量方法,由于该方法使用物体表面的反射光进行相互干涉,无需引入额外的参考光,且整个光路是同轴的,因此对环境震动和空气扰动并不敏感,具有较强的抗干扰能力,在一般的工况下都能成功实现测量。现有视频引伸计测量时需在试件上制作标记点,应变测量精度受限于图像采集系统,难以实现高精度应变测量,这成为亟待了解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题,本发明的目的在于克服已有技术存在的不足,提供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,采用相移剪切电子散斑干涉方法,通过设计特殊的剪切干涉光路,将试件上距离为标距长度的两个观测区域在成像系统中相互叠加,实现剪切干涉和纳米级精度的相对位移测量,从而实现了一种高精度的视频引伸计和方法。

为达到上述发明创造目的,本发明采用如下技术方案:

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、光纤分束器、两条光纤、两个准直透镜L1、L2、三个平面反射镜M1、M2、M3、一个压电陶瓷相移器PZT、一个分光棱镜、一个CCD/CMOS相机和计算机,所述激光器产生的激光由光纤分束器分成两路分别经第一准直透镜L1、第二准直透镜L2照射试件中测试区段,其反射光分别经第一平面反射镜M1反射、以及第二平面反射镜M2和第三平面反射镜反射M3反射,而后这两组反射光经分光棱镜BS后,被相机的成像镜头摄取成像并输入到计算机,第三平面反射镜M3安装在压电陶瓷相移器PZT上,压电陶瓷相移器PZT连接计算机而受其控制。

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