散斑干涉与剪切散斑干涉的测量系统及测量方法.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CN110108223A(43)申请公布日2019.08.09(21)申请号201910505285.7(22)申请日2019.06.12(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市包河区屯溪路193号(72)发明人王永红赵琪涵陈维杰孙方圆钟诗民(74)专利代理机构北京久诚知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11542代理人余罡(51)Int.Cl.G01B11/16(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称散斑干涉与剪切散斑干涉的测量系统及测量方法(57)摘要本发明提供一种散斑干涉与剪切散斑干涉的测量系统及测量方法，涉及光学测试技术领域。其特征在于：包括激光器和分束镜，所述激光器发射的激光经所述分束镜分为透射光和反射光；所述透射光经扩束镜扩束后照射至被测物形成漫反射光，所述反射光依次经光纤、透镜和分光棱镜后作为参考光进入光路；所述被测物表面的漫反射光依次经光阑、成像透镜和迈克尔逊剪切装置后，获得具有剪切量的两束物光；所述具有剪切量的两束物光和光纤引入的参考光在CCD相机的靶面上干涉，形成散斑干涉图。本发明可对被测物进行散斑和剪切的同步动态检测，是一种无损、全场、高精度的测量系统。CN110108223ACN110108223A权利要求书1/2页1.一种散斑干涉与剪切散斑干涉的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：激光器(1)；分束镜(2)，所述激光器(1)发射的激光经所述分束镜(2)分为透射光和反射光；所述透射光经扩束镜(3)扩束后照射至被测物(4)形成漫反射光；所述反射光依次经光纤(10)、透镜(11)和分光棱镜(12)后作为参考光进入光路；所述被测物(4)表面的漫反射光依次经光阑(5)、成像透镜(6)和迈克尔逊剪切装置(9)后，获得具有剪切量的两束物光；所述具有剪切量的两束物光和光纤(10)引入的参考光在CCD相机(13)的靶面上干涉，形成散斑干涉图。2.如权利要求1所述的散斑干涉与剪切散斑干涉的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括4f系统前置透镜(7)和4f系统后置透镜(8)；所述漫反射光依次经光阑(5)、成像透镜(6)、4f系统前置透镜(7)和迈克尔逊剪切装置(9)后，获得具有一定剪切量的两束物光；所述具有剪切量的两束物光经4f系统后置透镜(8)和光纤(10)引入的参考光在CCD相机(13)的靶面上干涉，形成散斑干涉图。3.如权利要求1所述散斑干涉与剪切散斑干涉的测量系统，其特征在于，所述迈克尔逊剪切装置(9)包括反射镜和分光棱镜。4.如权利要求1所述散斑干涉与剪切散斑干涉的测量系统，其特征在于，所述激光器为具有不同波长的三个激光光源；所述分束镜(2)和扩束镜(3)为三个对应于不同的激光光源；所述光纤(10)为三个对应于不同的分束镜(2)；所述分光棱镜(12)为三个对应于不同的光纤(10)；所述CCD相机(13)为彩色相机。5.一种散斑干涉与剪切散斑干涉的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集具有剪切量的两束物光和光纤(10)引入的参考光在CCD相机(13)的靶面上干涉形成的散斑干涉图的强度I；步骤2：对所述散斑干涉图像的强度I进行傅里叶变换得到散斑干涉图像的空间频谱FT(I)；步骤3：设置滤波窗口提取含有相位信息的频谱部分，对提取的频谱区域进行傅里叶逆变换，可获得散斑干涉和剪切散斑干涉的相位分布；步骤4：分别计算被测物体变形前后散斑干涉和剪切散斑干涉的相位差，获得被测物体变形和应变信息。6.如权利要求5所述散斑干涉与剪切散斑干涉的测量方法，其特征在于，所述散斑干涉图像的强度I可表示为：其中，*表示共轭运算；u1为参考光；u2、u3为具有剪切量的两束物光。7.如权利要求5所述散斑干涉与剪切散斑干涉的测量方法，其特征在于，所述散斑干涉图像的空间频谱FT(I)可表示为：2CN110108223A权利要求书2/2页其中，表示卷积运算；其中项代表背景光信息，其中心位于坐标原点；项和包含剪切散斑干涉的信息，其中心分别位于(f1,0)和(-f1,0)；项和包含数字散斑干涉的信息，其中心位于(fx-f0x,fy-f0y)和(-fx+f0x,-fy+f0y)；项和同样包含数字散斑干涉的信息，其中心位于(fx+f1-f0x,fy-f0y)和(-fx-f1+f0x,-fy+f0y)。8.如权利要求7所述散斑干涉与剪切散斑干涉的测量方法，其特征在于，所述f0x、f0y、f1可表示为：其中，θ0x和θ0y分别表示参考光与CCD靶面法线之间夹角在x和y方向上的分量，θ为迈克尔逊剪切剪切装置的剪切角，λ为激光器波长。9.如权利要求5所述散斑干涉与剪切散斑干涉的测量方法，其特征在于，所述散斑干涉和剪切散斑干涉的相位分布可表示为