CCD云纹方法的光学放大作用分析及其在干涉测量中的应用

几何云纹由于对栅线变形具有光学放大作用,常被用于高密度栅线的微小变形测量。但是其需要分别设置参考栅和试件栅,实验布置复杂。当使用数字相机直接拍摄试件栅时也会形成与几何云纹相似的CCD云纹,但是基于此原理发展的变形分析方法是否可以应用于高密度栅线变形分析还缺乏相关的研究。本文基于CCD云纹的形成机理和周期公式,分析并确认了其与几何云纹一样具有光学放大作用,因此可以将其应用于高密度栅线/干涉条纹的解析。利用此优势,实现了对高密度干涉条纹间距的解析,实现了两个相干点光源距离和迈克尔逊干涉实验转动角度的精密测量。本研究为干涉实验中高密度条纹分析提供了一种新的手段,可以解决实验中条纹过密无法解析的问题。     

断裂测试系列讲座 第二讲 云纹法及其在断裂力学中的应用

1.云纹法(Moire Method) 由粘牢于试件(模型或构件)表面并可随其一起变形的栅片和栅板重迭(图1),栅线间因几何干涉而产生条纹(图2),这种干涉条纹称为云纹。云纹法就是根据这类云纹测定和分析试件的位移场或应变场的实验应力分析方法。     

相移数字云纹测量系统

介绍了一种相位移数字云纹变形测量系统．测试系统采用ＣＣＤ摄像系统记录光栅图像，控制采样的空间频率大约为光栅线密度的整数倍，对试件栅进行采样后用数字信号处理的方法，实现空间相位移及进行实时数字云纹条纹显示，并对相移误差及光栅信号的高阶谐波的影响进行了校正     

虚拟云纹实验方法及应用

研究了虚拟云纹实验的原理．特点是应用数字参考栅和数字试件栅干涉形成数字云纹．讨论了相移技术在数字云纹中的应用，并通过人机交互界面程序的编制，将光栅完全数字化模拟，输入力学参数即可直观地演示云纹图形，并按照相移原理做出相应的实验数据自动处理，由云纹图形计算应变场．     

干涉云纹光学倍增方法研究

本文提出一种干涉云纹的光学倍增方法。通过给由试件变形引起的云纹图施加一定频率的载波条纹，用具有高分辨率的记录介质记录这一附加有载波的云纹图，经处理后，记录介质相当于一个频率较低的转移变形试件栅，把它放到云纹干涉光路系统中作为试件栅，当对称入射的双光束在其上形成的虚参考栅频率为原载波条纹频率的２ｎ倍时，就可以得到倍增为２ｎ倍后的载荷条纹，使相应的测量灵敏度提高２ｎ倍。文中对这一方法进行了理论分析和实验验证。     

三维位移场(U,V,W)实时观测的云纹干涉法

本文将一特殊布置的云纹干涉系统和一垂直入射试件栅的麦克尔逊干涉系统组和起来,利用云纹干涉系统测量两个面内位移分量U、V,垂直入射的麦克尔逊干涉系统测量离面位移分量 W。调节云纹干涉系统中入射光的入射角,使正、负一级衍涉波的传播方向偏离开试件栅法向一微小角度,从而使一级衍涉波的频谱点与麦克尔逊干涉系统中的零级衍涉波的频谱点在频谱面上分开。利用小反射镜的反射来改变一级衍射波的传播方向,从而使我们在三个彼此分开的成像面上同步实时观测到三维位移场的条纹图。文中给出了严格的理论推导和实验验证。     

基于激光干涉条纹的联合基座相对变形测量方法

在联合基座上安装CCD光电变形测量系统发射和接收单元,通过测量所得图像中条纹倾角的变化,来检测基座扭转角的变化,通过测得条纹中心位置在焦平面X和Y方向的变化来检测横向和纵向变形。针对条纹图像,通过对每个条纹放大以及条纹单行图像像素的灰度值细分,可以得出条纹每一行的中心点,所有行的中心点连线构成条纹的中轴骨架线,从而形成一种新的条纹细分检测方法;然后将细分后的条纹分组排列,根据所有条纹斜率相同,分组后组内和组间间距近似为常值的前提条件进行最小二乘拟合和运算便可求取倾角。误差分析计算和试验结果表明,系统对扭转角的检测精度可以达到25″,对横向和纵向变形的检测精度可达5″,成为试验船的实用方法。     

塔宝效应在求缺口应力集中系数中的应用

用普通云纹法研究微小弹性变形时,存在着灵敏度较低的问题.本方利用塔宝效应,产生一个不同栅线距的栅.与原栅形成初始云纹,来增加云纹条纹的密度,从而提高了测量精确度.     

扫描隧道显微镜（STM）纳米云纹法及相移技术研究

本文提出了应用扫描隧道显微镜（STM）纳米云纹法的测量面内位移的原理。测量中，扫描隧道显微镜的探针扫描线作为参考栅，物质原子昌格栅结构作为试件栅，由这两组栅线干涉形成云纹进行纳米级变形测量。同时，利用PZT控制载物台使试件沿栅线的垂直方向转动，来实现从0到2π的四步相移。文中对扫描隧道显微镜纳米云纹的形成原理和测量方法以及相移技术进行了详尽的讨论。并运用该方法对高纯定向裂解石墨（HOPG）的纳米级变形虚应变进行了测量研究。     

三维物体形貌检测图像处理中的小波数字滤波技术

傅里叶变换轮廓术和相移法是投影栅法测物体三维形貌的两种重要方法。相移法需要精密的移相装置,且需采集一幅以上的图像,在应用中受到一定限制。而傅里叶变换轮廓术只需一幅图像便可计算出各点相位值,测量精度高,测量范围广,因而得到广泛运用。最大测量范围受到高度分布h(x,y)在与光栅线垂直向上变化率的限制,即面形变化剧烈的物体易产生相邻谱区的混合,不易测准。本文提出的基于小波数字滤波的傅里叶变换法,可以将物体的可测梯度提高3倍。因为利用小波技术对变形栅线图进行处理后,滤去了直流分量和高频分量,得到的相对栅线图只剩下基频分量。采用小波数字滤波与傅里叶变换轮廓术相结合的方法,用小波变换去除直流成分和高频成分,从而提高了物体的可测精度,降低了对滤波器的设计要求,能较好地将物体的相位信息分离出来。本文给出了这种算法的理论分析和计算机模拟试验的结果。     

用云纹干涉法测复合材料的固化残余应变

云纹干涉法是研究复合材料变形的一种有效方法.本文讨论了用云纹干涉法测量复合材料的固化残余应变,获得了试件表面的位移条纹图,并用电测方法加以验证。     

云纹／光栅测试技术的几点讨论

本文用信号处理的方法系统地阐述了云纹／光栅测试技术。以面内云纹／光栅测试为例，首先说明了光栅是位移和变形信息的空间载体；位移和应变分别是对载体的相位和频率调制；而云纹现象则是试件栅频谱向零频处平移的结果或说云纹是对光栅载体信号解调的过程；进而讨论了云纹技术与光栅技术的本质区别。其次分析了云纹／光栅测试系统的性能，讨论了条纹分析方法及数字图象处理手段对云纹／光栅系统的测试精度、灵敏度、空间分辨率的影响。     

微电子封装组件热应变的云纹干涉法研究

本文提出云纹高频试件栅高温复制组件工艺,并应用于电子封装组件125℃～200℃,热应变的云纹干涉法测量,得到了封装组件表面在高温下的热膨胀系数,本云纹特点是灵敏度高,可全场测量,适用于电子封装组件热变形失效分析.     

倍增云纹的显微测量及密集云纹场的应变测算

为了提高云纹法的准确度,文中提出了使倍增后的云纹宽度变细并进行显微测量的技术,以及由密集云纹场测算应变的条纹间距插值和小间距均匀法。给出了估计由此法算得的应变的误差及其修正方法。所做的曲杆实验其数据与理论值符合得很好。文中还将云纹法中闪耀光栅与振幅栅相匹配的光学空间滤波系统改进为实时系统,导出其条纹倍增率及云纹图的最佳对比度条件。     

三种工况下SiC/Al梯度功能材料紧凑拉伸试件的应变测试

SiC/Al梯度功能材料试件各梯度单层由不同体积浓度的铝合金和陶瓷SiC复合而成,由于材料组分梯度变化,有效缓和了双材料界面的应变跳跃问题,从而能够获得了优异的使用性能,本文从实验的角度采用激光云纹干涉法,对具有四个梯度层的SiC/Al梯度功能材料紧凑拉伸试件在三种工况下进行实验研究.通过实验采集试件在各工况下的位移场云纹图,根据位移与条纹级数的关系以及小变形条件下应变与条纹级数关系式,获得梯度功能材料紧凑拉伸试件预制裂纹区的应变分布.通过实验结果与文献对比分析,在有关梯度功能材料的裂纹扩展准则的适用性方面取得一致结论;同时,就实验获得的应变结果,讨论了梯度功能材料的材料参数变化规律,以及材料组分和梯度层结构对FGM材料整体力学性能的影响.     

基于数字图像的分离式霍普金森压杆实验中试件应变及两端应力的同步测量法

本文提出一种基于高速摄像和数字图像相关方法(DIC)的分离式Hopkinson压杆(SHPB)测量技术,从而实现试件应变和两端应力的同步测量。即在与试件接触的输入输出杆两端制作散斑,通过高速摄像获取SHPB实验过程中的散斑变形图像,由DIC测得各时刻试件的应变、输入输出杆端的应变(可直接换算为试件两端的应力)。由于试件和杆端的应变都是从同一张高速摄影的图像上分析得到的,因此它们是同步的。应用该方法对钢纤维混凝土试件的SHPB试验进行了测量,测量结果与传统应变片测量结果吻合,验证了该方法的可行性。该技术不仅实现了SHPB实验中试件应变和应力的同步测量,还将有助于直接检验各材料在SHPB实验中试件两端的力在实验过程中是否平衡。     

碳/环氧复合材料加工引起的残余热变形的微观云纹干涉方法研究

本文提出了一种新的微观云纹干涉法来测量碳/环氧复合材料的热变形.文中对该方法的原理和测量技术进行了详细的讨论,用碳/环氧复合材料制作了一个16层[90°2,0°2,+45°2,-45°2]的试样板,测量了由于加工引起的层间残余变形,计算了层间应变分量εx,εy,γxy.实验结果表明这种微观云纹干涉法能分辨出几十到几百微米范围内的云纹条纹.比传统的云纹干涉法具有更高的分辨率.     

离面位移场测量的相加云纹干涉法

本文采用两束准直相干光对称入射-高频试件光栅,并辅之以一沿试件栅法向传播的平面参考光波。通过调节入射光的入射角而对正、负一级衍射波引入适当载波,在试件栅变形前后,正、负一级衍射波与参考平面光波同时对记录底版两次曝光而将试件栅的变形信息记录下来。通过对记录底版的滤波处理而分离出实时或差载的离面位移场条纹图。这一方法使得离面位移场测量的灵敏度达到四分之一波长.文中给出了严格的理论推导和条纹对比度极好的实验验证.     

新型汽车结构胶剪切实验研究

利用数字图像相关方法(DICM),分别测定了准静态单向剪切拉伸试验条件下,新型汽车结构胶粘接试件和传统点焊连接试件粘接部分的剪切力学性能。实验采用了非接触测量物体应变的方法,运用CCD及其计算机图像处理系统,实时获取变形前后试件表面图像。利用数字相关软件对变形前后的图像进行分析,从而获得试件该时刻的应变。最后确定了试件拉伸过程中的力-位移曲线及应力-应变关系曲线。测试结果及分析表明:采用新型结构胶粘接试件的力学性能与点焊结构相比有明显的优势。这为该结构胶进一步改进提供了一定的实验依据。测试中的数字图像相关法是非接触测量物体应变的方法,在实际应用中有很大的意义。     

反射云纹法应用于热交换器管板的应力分析及其光学信息处理

一、引言反射云纹法由Ligtember F.k存1954年提出,在1956年～1970年间由RiederG和Ritler以及Chiang F.P。等1人对其测量光路作较大的改进用反射云纹法可直接测量弯曲变形板表面各点斜率,通过一次差分求得应变值,其测量的精确度可以满足工程上要求,但是反射云纹法要求试件表面具有良好的反射性能,若同时需获得二个方向的斜率,必须使用正交栅,然而此时所得的云纹图象反差很