[發(fā)明專利]一種高精度激光散斑微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410213410.4
• 申請(qǐng)日: 2014-05-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103983341B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王程;王曉忠;付宏燕;黃朝紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00
• 代理公司: 深圳市合道英聯(lián)專利事務(wù)所(普通合伙)44309
• 代理人: 劉輝,廉紅果

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光散斑測(cè)振技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度激光散斑微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法。

背景技術(shù)

激光散斑微振動(dòng)測(cè)量是一種新興的微振動(dòng)測(cè)量方法，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作容易、與被測(cè)對(duì)象非接觸等優(yōu)點(diǎn)，因此引起了廣大研究人員的興趣。

激光照射被測(cè)物體引起的散斑圖案基本是不變的，當(dāng)被測(cè)物體和探測(cè)系統(tǒng)距離比較遠(yuǎn)時(shí)，振動(dòng)引起的散斑的變化通常體現(xiàn)為觀測(cè)平面的散斑圖案的平移。采用空間光濾波器，可以將散斑圖案的平移轉(zhuǎn)換為光通量的變化。但是由于散斑圖案在不同探測(cè)環(huán)境下是不同的，如果采用固定的空間光濾波器，測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度將不能最優(yōu)，從而影響測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高精度激光散斑微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)；本發(fā)明同時(shí)提供了一種高精度激光散斑微振動(dòng)測(cè)量方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種高精度激光散斑微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，包括成像透鏡、分束器、空間光調(diào)制器、光探測(cè)器及調(diào)制器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述成像透鏡、分束器、空間光調(diào)制器及光探測(cè)器依次光連接，所述調(diào)制器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括成像裝置及控制驅(qū)動(dòng)模塊，所述成像裝置與所述分束器光連接并輸出散斑圖樣到控制驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行處理，所述控制驅(qū)動(dòng)模塊輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)到空間光調(diào)制器。

優(yōu)選地，所述成像裝置采用CCD圖像傳感器。

優(yōu)選地，所述成像透鏡、分束器、空間光調(diào)制器及光探測(cè)器位于同一軸線上。

優(yōu)選地，其還包括一與激光光源波長(zhǎng)一致的帶通濾波器，所述帶通濾波器設(shè)于所述成像透鏡前端的光路上。

一種高精度激光散斑微振動(dòng)測(cè)量方法，包括以下步驟：

S1、激光經(jīng)被測(cè)物體散射產(chǎn)生散斑，散斑經(jīng)成像透鏡后由分束器分成兩路傳播，一路照射到成像裝置，另一路照射到空間光調(diào)制器；

S2、調(diào)制器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)采集到散斑圖樣生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并維持驅(qū)動(dòng)信號(hào)不變，空間光調(diào)制器基于驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其對(duì)輸入光的透過(guò)率分布與調(diào)制器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采集到散斑圖樣的亮暗一致；

S3、空間光調(diào)制器將被測(cè)物體振動(dòng)產(chǎn)生的散斑變化轉(zhuǎn)化為空間光調(diào)制器輸出光的光通量的變化；

S4、光探測(cè)器將探測(cè)到空間光調(diào)制器輸出光的光通量的變化，并將其轉(zhuǎn)換為光電流的變化；

S5、根據(jù)光電流的變化，計(jì)算得出被測(cè)物體的微振動(dòng)信息。

優(yōu)選地，其還包括步驟S6，所述步驟S6具體為：根據(jù)步驟S5中得到的微振動(dòng)信息計(jì)算信噪比，若信噪比低于預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，重復(fù)步驟S2,對(duì)空間光驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行重新調(diào)制。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明采用自適應(yīng)的空間光調(diào)制器代替空間光濾波器，能夠根據(jù)環(huán)境的變換進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，使得空間光的透過(guò)率隨著測(cè)量環(huán)境的變化而變化，從而提高了測(cè)量精度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明測(cè)量方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例一

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度激光散斑微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，包括成像透鏡1、分束器2、空間光調(diào)制器3、光探測(cè)器4、調(diào)制器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5及帶通濾波器6，其中：

參考圖1所示，成像透鏡1、分束器2、空間光調(diào)制器3及光探測(cè)器4依次光連接且位于同一軸線上。

調(diào)制器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5與分束器2光連接，并輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)到空間光調(diào)制器3。調(diào)制器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5包括成像裝置51及控制驅(qū)動(dòng)模塊52，成像裝置51與分束器2光連接，并輸出散斑圖樣到控制驅(qū)動(dòng)模塊52進(jìn)行處理，控制驅(qū)動(dòng)模塊52輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)到空間光調(diào)制器3。在本實(shí)施例中，成像裝置51采用CCD圖像傳感器。

帶通濾波器6與激光光源波長(zhǎng)一致，其設(shè)于成像透鏡1前端的光路上，這樣可以濾除環(huán)境雜散光，增加測(cè)量系統(tǒng)的信噪比。

激光經(jīng)被測(cè)物體散射產(chǎn)生散斑，散斑經(jīng)成像透鏡1后由分束器2分為兩路傳播，一路照射成像裝置51，一方面完成散斑圖樣的記錄，另一方面作為參考散斑圖樣驅(qū)動(dòng)空間光調(diào)制器3；另一路照射到空間光調(diào)制器3，空間光調(diào)制器3將由于被測(cè)物體振動(dòng)產(chǎn)生的光學(xué)散斑變化轉(zhuǎn)換為入射在光探測(cè)器4上光通量的變化，從而引起光電流的變化，通過(guò)對(duì)光電流的計(jì)算處理最終可以得到被測(cè)物體的微振動(dòng)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)于微振動(dòng)的實(shí)時(shí)高靈敏度、高精度測(cè)量。

實(shí)施例二