偏振同轴照明激光剪切散斑干涉测量系统及其测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114136976A(43)申请公布日2022.03.04(21)申请号202111314941.9(22)申请日2021.11.08(71)申请人中国工程物理研究院激光聚变研究中心地址621900四川省绵阳市绵山路64号(72)发明人李杰巴荣声周信达徐兆锐郑垠波丁磊柴立群许乔徐宏磊那进(74)专利代理机构上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31317代理人张宁展(51)Int.Cl.G01N21/88(2006.01)G01N21/01(2006.01)G01B11/16(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图1页(54)发明名称偏振同轴照明激光剪切散斑干涉测量系统及其测量方法(57)摘要一种偏振同轴照明激光剪切散斑干涉测量系统及其测量方法，包括参数标定模块、偏振同轴照明成像模块、剪切干涉探测模块、控制采集处理模块等，用于实现应变与离面形变的测量。本系统可根据样品目标区域的实际测量范围，结合静态或动态加载情况，现场调节并精确标定系统的测量视场与剪切量，从而调节应变测量动态范围与检测灵敏度，并应用时间移相或空间载波相位提取方法，实现应变与离面形变的动态高速或静态高精度测量，系统操作方便，实用性强，测量精度高。此外，本发明采用偏振同轴照明方式，提高了光能利用率与成像质量，实现大视场、高亮度、高均匀性的照明与高质量探测。CN114136976ACN114136976A权利要求书1/3页1.一种偏振同轴照明激光剪切散斑干涉测量系统，其特征在于：包括参数标定模块，用于产生两束平行光束垂直照明样品，作为标定激光，标定测量视场尺寸与剪切量；偏振同轴照明成像模块，至少包括成像镜组(7)和紧贴该成像镜组(7)表面的狭缝(8)，用于产生线偏振光，并获取两束标定激光同时照明样品的未剪切强度图像，以及获取平行光束分别经过两剪切光路的强度图像；剪切干涉探测模块，至少包括由焦距相同的第一透镜(1001)和第二透镜(1002)组成4f系统、分光棱镜(11)、第一平面反射镜(13)和第二平面反射镜(14)、探测器(17)以及供第二平面反射镜(14)放置的机械移相装置，所述的4f系统将所述的成像镜组(7)所成实像传递到探测器(17)，经样品反射的漫反射光在自由空间内传输，通过狭缝(8)、成像镜组(7)与第一透镜(1001)后的散射光场经分光棱镜(11)分为透射光与反射光，所述的透射光经第二平面反射镜(14)反射，原路返回再经分光棱镜(11)反射作为参考光，所述的反射光经一定角度倾斜放置的第一平面反射镜(13)反射后发生偏折，再经所述的分光棱镜(11)透射后作为剪切光，所述的参考光与剪切光在重叠区域内干涉，并由探测器(17)采集；控制采集处理模块，用于控制机械移相装置按固定步长移动，控制探测器(17)记录加载前后样品散斑图像数据，利用软件处理分析数据，获得样品的应变与离面形变分布。2.根据权利要求1所述的偏振同轴照明激光剪切散斑干涉测量系统，其特征在于：所述的参数标定模块，包括标定激光器(101)、光纤分束器(2)、第一准直镜(301)和第二准直镜(302)；所述的标定激光器(101)产生的激光经过光纤分束器(2)分为两束，分别经过第一准直镜(301)和第二准直镜(302)，输出平行光束垂直照明样品(9)，两束平行光束的出射点与两个准直镜高度相等且间距已知；光束直径远小于样品(9)的尺寸，用于标定测量视场与剪切量。3.根据权利要求1所述的偏振同轴照明激光剪切散斑干涉测量系统，其特征在于：所述的偏振同轴照明成像模块，包括线偏振输出激光器(102)、扩束器(4)、二分之一波片(501)、四分之一波片(502)、偏振分光棱镜(6)、成像镜组(7)、狭缝(8)；所述的线偏振输出激光器(102)产生的线偏振光出射，由扩束器(4)转换为发散光束，经过二分之一波片(501)转换为s光，由偏振分光棱镜(6)反射，经过四分之一波片(502)和成像镜组(7)照明样品(9)，漫反射光在自由空间内传输，经过狭缝(8)、成像镜组(7)与四分之一波片(502)，转换为p光经过偏振分光棱镜(6)透射。4.根据权利要求1所述的偏振同轴照明激光剪切散斑干涉测量系统，其特征在于：所述的剪切干涉探测模块，包括第一透镜(1001)和第二透镜(1002)、分光棱镜(11)、第一光闸(1201)和第二光闸(1202)、第一平面反射镜(13)和第二平面反射镜(14)、机械移相装置、探测器(17)；第一透镜(1001)和第二透镜(1002)组成4f系统，将成像镜组(7)所成实像传递到探测器(17)；经过成像镜组(7)与第一个透镜(1001)之后的散射光场被分光棱镜(11)分为透射光与反射光，其中透射光经第二平面反射镜(