[发明专利]一种基于多波长无透镜傅里叶变换数字全息的振动检测装置

摘要

本发明是一种基于实时多波长无透镜傅里叶变换数字全息的振动检测装置。本发明能够检测的振幅范围由数字全息的有效纵深决定，而形成干涉场的波长决定系统的有效纵深，本发明采用多波长数字全息干涉测量法，可通过选择不同的光波长形成十几微米到百微米的复合波长，扩大了纵向检测范围，能够实现对该范围振动幅度的实时检测；发明中同时采用无透镜傅里叶变换数字全息技术，对参考光和物光进行一次成像，成像位置关于CMOS处于同一面上，数值再现过程无需复杂的衍射传输，而只需经过一次FFT获得相应的信息，解算简单可实现实时检测和实时解算；短相干光源的引入在一定程度上抑制散斑的产生，提高了成像质量和检测精度。

主权项

一种基于多波长无透镜傅里叶变换数字全息的振动探测装置，包括光源A、光源B、两组分光单元、三组准直单元、两组光路补偿单元、三个成像透镜、若干反射镜、三个消偏振分光棱镜和CMOS图像采集装置；光源B和光源A发出的光λ1和λ2先分别经过第一反射镜和第二反射镜实现光束传播方向90度偏转，再经过各自的第一分光单元、第二分光单元，分别形成偏振方向相互垂直的两路光，分别为透射光3a、反射光3b和透射光11a、反射光11b；透射光3a、透射光11a被选作系统的参考光，分别经过第一准直扩束装置和第二准直扩束装置形成均匀平行光4a和12a，然后经过第一光程补偿装置和第二光程补偿装置，保证参考光与物光在光源的相干长度范围内，再分别通过第一透镜和第二透镜，透射光6a还经过了第三反射镜使光束传播方向偏转90度，透射光14a和7a分别先会聚于第一透镜和第二透镜的后焦点位置，然后参考光分别相当于由该两焦点发射的球面波，两束球面波经由消偏振分光棱镜合成同轴光8a+8b，再经过分光棱镜，最后到达CMOS相机；第一分光单元和第二分光单元分出的反射光3b、11b被选作物体的入射光，11b光束先经过第四反射镜实现方向偏转，反射光15a与3b由分光棱镜合成为同轴光16a+16b，经过第三准直扩束装置调制为平行光17a，再由第四反射镜直接照射到振动目标表面，振动目标的反射光19a为系统检测的物光，物光经过成像透镜在其后方成像，成像面后的物光看作是该成像面发出的空间光20a，成像面位置、第一透镜后焦点和第二透镜后焦点，三者与相机表面的距离相等，即相当于位于离相机表面距离相等的同一平面上，从而满足无透镜傅里叶变换数字全息的条件，物光经过分光棱镜反射到CMOS相机；物光21b与参考光21a在CMOS相机表面发生干涉，数字采集系统同时记录和处理干涉图。