双功能数字散斑干涉位移及空间梯度同时测量

为了满足无损检测中复合材料在复杂载荷下多参数变量评估的需求,提出了一种基于光路复用的双功能数字散斑干涉系统,能够同时实现数字散斑干涉和数字剪切散斑干涉测量功能.通过控制其中一个反射镜-波片组合,当该组合离位时,构成数字散斑干涉测量光路,实现离面位移测量;当该组合在位时,构成数字剪切散斑干涉测量光路,实现离面位移空间梯度的测量.测量过程中只需简单切换该组合的位置就可以实现单次加载下被测物体表面离面位移及其空间梯度的同时测量.该系统光路结构简单、切换效率高,能够同时获得高质量的位移及空间梯度测量结果.实验证明,双功能数字散斑干涉系统既具备高抗干扰能力,又具备高灵敏度测试能力,适合复合材料无损检测现场使用.     

激光电子散斑干涉测微小位移

介绍了利用激光电子散斑干涉测量微小位移的原理和方法，并对其测量范围和测量精度进行了分析，人出了具体的测量结果。     

大剪切电子散斑干涉的载频调制与位移场测量

将电子散斑干涉场的载波调制引入到大剪切电子散斑干涉中,通过对参考物的微小偏转引入载波条纹;利用傅里叶变换法,解调出了变形场的相位,从而实现了物体变形场的精确测量。讨论了大剪切载频的调制机理,理论分析表明,调制条纹的空间频率与参考面偏转的角度成正比;因此,控制参考面的偏转角度可实现不同位移量系统的调制。利用中心加载周边固定圆盘进行了典型实验,实验结果证明在大剪切电子散斑干涉技术中可以通过参考面的旋转高质量地实现电子散斑干涉条纹的调制,求解位移场。该系统具有系统简单,不需要专门引入参考光,条纹质量好等优点。该技术可扩展电子散斑干涉的应用范围,有一定的实际应用价值。     

用于静态和动态平面内位移测量的剪切束电子斑纹图干涉术的相移和载…

报道了一种新颖的用于平面内位移测量的相移和载波技术。在剪切束电子斑纹图干涉度度术中，照明光束由棱镜分为两个波前，棱镜的侧面移动将引入相移。在棱镜后加一小角光楔，则光楔的转动产生载波条纹。棱镜或光楔的转动可由机械或电学机构精密控制。形为信息由数字图像处理算法，相位迭代和傅里叶变换法给出。文中介绍了理论及其实验演示的结果。     

电子散斑干涉位移场分离技术及其在三维测量中的应用

提供了一种可将离面位移与面内位移分离的三维位移场测量方法.在双光束电子散斑干涉中增加参考光,使这一路参考光为两光束所共用.两束光各自独立地对变形物体进行测量,结合相移技术,可分别得到包含离面和面内位移信息的二幅位相图.只需简单的位相运算就能够将面内位移场与离面位移场分离.在竖直方向上,采用两光束对称照明被测物,直接测量面内位移竖直方向分量.本文将该技术应用到柴油机油泵测量上,得到了油泵的三维位移场.该技术为三维位移场的测量提供了一种新的有效途径,也为柴油机零部件的强度和刚度分析评价提供了新的方法.     

用迈克尔孙干涉仪测量位移的精度改进

迈克尔孙于涉仪"是近代著名的物理实验内容，在工科物理实验教学中，基本都有测量He-He激光的波长或钠双线的波长差的内容.本文结合科研工作的实际，讨论用迈克尔孙干涉仪测量位移的精度改进，此内容可作为该课程的一个综合实验或选做内容.如图所示，根据非定域干涉圆条纹的"吞"、"吐"现象，若M；镜移动了距离nd引起条纹"吞"或"吐"的数目为N，则波长λ已知，可测得面d，这就是用迈克尔孙干涉仪测长的基本原理.由（1）式可知，用迈克尔孙于涉仪测量位移，其精度基本为半波长的数量级.如实验中采用He-Ne激光器，其值约为0.4μm.这对于一般…     

数字散斑亚像素小角位移测量的曲面拟合法

与传统测量方法相比,数字散斑相关法由于其目标特征单元网格划分的灵活性,能够更好地满足不同场合小角位移的测量需求。针对该方法亚像素小角位移测量的曲面拟合参数选择问题,研究了亚像素测量图像小角旋转前后的九点二次曲面拟合法,并根据计算机生成模拟散斑进行模拟实验分析,得到最佳误差效率优化条件下的曲面拟合法求解亚像素小角位移的最佳散斑尺寸3.5 pixel、计算窗口尺寸41×41 pixel和拟合窗口尺寸3×3 pixel。实验验证了上述测量参数的有效性,为进一步的曲面拟合法数字散斑成像角位移测量提供参考。     

斜光轴面内位移测量的数字散斑相关法研究

以工程环境中远距离位移和位移场的光学测量为研究课题,分析了远距离斜光轴成像时,像模糊和成像位置变化对白光数字散斑相关方法产生的影响,给出了这两种影响的误差理论计算公式。提出使用参考测量技术克服斜光轴成像位置变化带来影响,给出一种新的远距离斜光轴高精度测量面内位移的方法,在2～50m处作静载挠度测量,其最大相对误差小于1％,测量精度在实验室环境和工程测量环境中都得到了验证。该方法无需共轴光路的测量环境要求,特别适用于桥梁、高速公路立交桥的静载挠度测量等工程应用。使用高速图像采集卡,该方法可应用于斜光轴动态位移测量,拓展了数字散斑相关方法的应用范围。     

基于彩色相机的双波长剪切散斑干涉法同步测量面内外位移导数

提出了一种基于彩色摄像机的双波长激光剪切散斑干涉测量方法,用于同步测量变形物体的面内和面外位移导数。两束不同波长的激光以相同的入射角,同时对称地照射在被测物体表面。基于改进的迈克耳孙干涉光路并仅用一个相移器,建立了时间相移的双波长激光剪切散斑干涉测量系统。通过一个3芯片彩色相机的绿色和蓝色通道记录两个不同波长激光干涉形成的干涉图。运用Carré算法从分离的绿色和蓝色剪切散斑干涉条纹图中提取出与面内和面外变形导数分量相关的相位。悬臂铝梁的变形测量结果验证了该测试系统的可行性。     

New multiplexed system for synchronous measurement of out-of-plane deformation and two orthogonal slopes

We propose a novel system for synchronous measurement of out-of-plane deformation and two orthogonal slopes using a single camera. The linearly polarized reference beam introduced by an optical fiber interferes with the unpolarized object beam to measure the out-of-plane deformation. A modified Mach—Zehnder interferometer is used to measure the two orthogonal slopes of the out-of-plane deformation. One of the object beams of the Mach—Zehnder interferometer is an unpolarized beam, and the other object beam is split into two orthogonal linearly polarized object beams by a polarizing prism. The two beams are orthogonally polarized. Hence, they will not interfere with each other. The two polarized beams respectively interfere with the unpolarized beam to simultaneously measure the two orthogonal slopes of the out-of-plane deformation. In addition, the imaging lens and apertures are respectively placed in three optical paths to independently control the carrier frequencies and shearing amounts. The effectiveness of this method can be proved by measuring two pressure-loaded circular plates.     

Volume-grating phase-shifting digital speckle pattern interferometry used for measurement of out-of-plane displacement field

A new digital speckle pattern interferometry, called volume-grating phase-shifting digital speckle pattern interferometry, is discussed in this paper. The out-of-plane displacement field of a bent plate can be quantitatively measured using volume-grating phase-shifting digital speckle pattern interferometry proposed in this paper. Theoretical and experimental results, as well as absolute errors, are given.     

电子散斑归一化互相关法测位移

把粗糙物体表面受到相干光照明时产生的散斑场看作是一个稳态随机信号,在此基础上,本文提出了一种能做到大量程,高精度位移测量的新方法——电子散斑归一化互相关法测位移或称电子散斑照相法测位移.该法实质上是借助数字图像处理技术,通过物体位移前后二个散斑场之间的相关性来进行位移测量方法的发展.文中给出了理论分析和实验系统.实验结果表明,该法有诸如准实时,大量程(毫米级),高精度和线性可靠等优点.     

Measurement of the off-plane displacement of carbon steel corrosion with twin-object-beam electronic speckle interferometry

In this paper, twin-object-beam electronic speckle interferometry is used to study the longitudinal corrosion of carbon steel. The displacement expression of this technique is deduced and optical fibers are used to reduce the influence of the optical system and improve the quality of speckle pattern. Twin-object-beam electronic speckle interferometry cannot only quantitatively cipher out off-plane displacement as a result of corrosion, but also estimate the change of corrosion speed.     

在电子散斑干涉中利用反相位法进行三维变形测量

提出一种可将离面位移与面内位移分离的三维位移计算方法。在双光束电子散斑干涉系统中增加一路参考光,使这一路参考光为两光束所共用。两束光各自独立地对变形物体进行测量,分别计算相位分布,并对其中之一进行反相位计算。理论分析表明,对二路检测光所得到的相位进行相减运算,就能够较好地减少电子噪声的影响,分离面内位移场与离面位移,实现物体变形的三维测量。介绍该方法的原理,并利用典型实验证实了该方法的可行性。     

一种新的数字散斑振动定量分析系统

在数字散斑干涉(DSPI)测量方法中，数字散斑时间平均法测量振动时得到的是贝塞尔条纹，其定量分析比较困难。该文采用贝塞尔条纹准相移技术进行数字散斑振动定量分析，即在参考光路中引入和物体同频率的偏置参考振动,当参考振动的相位改变时,振动条纹会产生移动,这相当于静态余弦条纹的相移,可以采用相移算法对数字散斑振动测量的贝塞尔条纹进行定量分析。文中开发了一种新的数字散斑振动定量分析系统，研制了一种低压光学相移器和测量控制电路，给出了圆周固定圆片和四周固定方铜板的振动测量结果。实验结果表明：采用本系统可以方便地定量测出物体的振动模态。     

The separation of out-of-plane displacement from in-plane components by fringe carrier method based on large image-shearing ESPI

A fringe carrier method for separating out-of-plane displacement from in-plane components based on large image-shearing electronic speckle pattern interferometry (ESPI) is presented. If the test object is respectively illuminated by two expanded symmetric illuminations in large image-shearing ESPI, two interferometers are formed. Carrier fringe patterns can be introduced by tilting reference surface a small angle. The carrier fringe patterns are demodulated after deformation of the object. Two phase maps, which include out-of-plane and in-plane displacement, can be obtained by using Fourier transform. Then out-of-plane displacement can be easily separated from in-plane displacement by simple operation between two unwrapped phase distributions. The principle of spatial carrier frequency modulation in large image-shearing ESPI is discussed. A typical three-point-bending experiment is completed. Experimental results are offered. The results show that the method offers high visibility of carrier fringes. And the system presented does not need a special beam as a reference light and has simple optical setup.     

时间序列散斑干涉场中相位函数的计算

散斑干涉或电子散斑干涉计量应用于连续运动或变形物体时,就会产生一个时变的散斑干涉场,通过摄像系统连续地采集这一时变散斑场,可获得一系列时间序列散斑干涉图,通过对序列散斑图上各点在时间轴上光强值的变化进行分析,提出了一种基于时间序列的分析方法,用以提取干涉场的相位值,进而获得物体全场变形信息。     

激光全场模态测量技术研究

详细阐述了电子散斑时间平均法振动测量技术的原理,通过对影响测量精度的诸因素进行理论和实验分析,提出通过应用连续相位扫描技术克服相移系统相移不准确所带来的误差.通过散斑平均技术的实施,消除散斑对测量精度的影响.在实验中得到了满意的测量结果.通过线性近似法,解决了振幅低于30nm的振动测量问题,从而使系统分辨率达到亚纳米级,测量精度达到纳米级.     

载频调制大剪切电子散斑干涉系统

大剪切电子散斑干涉技术不需要引入参考光，具有条纹质量好等特点。提出将干涉场的载频调制技术引入到大剪切电子散斑干涉中，可形成具有载频调制功能的新的电子散斑干涉系统。该系统具有对测量环境的隔振振动要求低，能方便定量求解物体的变形场等优点。首先讨论大剪切载频的调制机理，然后利用中心加载、周边固定的圆盘进行典型实验，设计了可用计算机控制且可对参考物进行精确偏转的步进电机系统，进而实现了对电子散斑干涉场的自动控制调制。最后，利用傅里叶变换法对调制条纹进行解调，解调出变形场的相位，并通过相位与位移的转换计算，得到精确的物体变形场。实验结果证明，该系统能够调制电子散斑干涉场，求解物体的位移场。