[發明專利]基于時分復用的散斑干涉三維動態檢測系統

在審

• 申請號: 201810083410.5
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108168441A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 陽建宏;魏寧;張建芳;黎敏;宋金連;劉福佳
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01H9/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種基于時分復用的散斑干涉三維動態檢測系統，屬于光測力學技術領域。該系統包括激光器、斬波器、CCD相機和分光鏡、反射鏡、擴束鏡，激光器發射激光經分光鏡二分為兩束，光束一經分光鏡二進入斬波器，在斬波器的控制下由反射鏡進入擴束鏡，擴束后照在物體表面；光束二經分光鏡一、反射鏡一進入斬波器后經反射鏡三通過擴束鏡一照射在待測物體表面；光束三經由分光鏡一反射進入斬波器，由斬波器控制經由反射鏡進入擴束鏡，擴束后由分光鏡四將光束反射到高速CCD相機中，作為離面位移測量的參考光。本發明將三維測量光路集成在一套光路系統，利用斬波器實現了光路的自動切換，為實時檢測動態三維位移提供了準確度較高的方法。

技術領域

本發明涉及光測力學技術領域，特別是指一種基于時分復用的散斑干涉三維動態檢測系統。

背景技術

電子散斑干涉技術是一種基于光測實驗力學的測量技術，具有非接觸、高精度和高靈敏度的優點，能夠快速準確地測量出被測件的位移、應變，并且能夠實現全場測量。目前電子散斑干涉檢測技術已經成熟應用于單方向位移或應變的檢測，對于三維動態的實時檢測還存在一定的問題。天津大學唐晨(唐晨，陳明明，蘇永鋼，李碧原.一種基于分光鏡的雙光路三維散斑干涉系統,CN106052565A[P].2016.)等發明了一種基于分光鏡的雙光路三維散斑干涉系統，利用能量衰減器控制激光能量實現離面和面內位移的測量，但是該系統需要借助長距離顯微鏡，且不能實時測量三維動態位移。鹽城工學院顧國慶(顧國慶，王艷芳，佘斌.一種三維數字散斑干涉同步測量方法及裝置，CN105716536A[P].2016.)等人研究了一種三維數字散斑干涉同步測量的系統，需要兩個波長不同的激光器，采用光纖進行傳輸，該技術獲得的三個位移分場集中在一張散斑圖上，存在相互耦合，因此需要通過后續計算才能分離三個位移分場，這種技術往往會產生較大誤差。南京航空航天大學的王開福(王開福,顧國慶.三維數字散斑干涉三場獨立、同步和實時測量方法與裝置，CN103148798A[P].2013)等人研究了一種三維數字散斑干涉三場獨立、同步實時測量方法，該方法采用三個CCD相機進行采集，設備復雜，造價高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于時分復用的散斑干涉三維動態檢測系統，采用將一束連續激光分成3000Hz的脈沖光分別用于三維檢測的原理，實現了對振動物體三維位移、振動頻率、振動振幅等的同時測量。

該系統包括激光器、斬波器、CCD相機、分光鏡、反射鏡和擴束鏡，其中，分光鏡、反射鏡和擴束鏡的數量均為一個以上，激光器發射激光經由分光鏡將激光分為兩束，其中一束光束經分光鏡進入斬波器，在斬波器的控制下由反射鏡進入擴束鏡，擴束后照在物體表面；另一束光束經由分光鏡分光后再經過一次分光鏡，分成兩束光束，其中一束到達反射鏡，通過斬波器控制到達另一反射鏡，最終通過擴束鏡照射在待測物體表面，兩次分光后的另外一束光束經由分光鏡反射進入斬波器，由斬波器控制經由反射鏡進入擴束鏡，擴束后由分光鏡將光束反射到高速CCD相機中，作為離面位移測量的參考光。

常用系統設置中包括3個分光鏡、8個反光鏡和3個擴束鏡，激光器發射激光經由分光鏡二將激光分為兩束，光束一經分光鏡二進入斬波器，在斬波器的控制下由反射鏡四、反射鏡六、反射鏡七和反射鏡八進入擴束鏡三，擴束后照在物體表面；光束二經分光鏡二后再由分光鏡一到達反射鏡一，通過斬波器控制到達反射鏡三，最終通過擴束鏡一照射在待測物體表面；光束三經分光鏡二后再由分光鏡一反射進入斬波器，由斬波器控制經由反射鏡二、反射鏡五進入擴束鏡二，擴束后由分光鏡三將光束反射到高速CCD相機中，作為離面位移測量的參考光。

其中，斬波器控制三束激光交替出現，利用光束一與光束二通過，光束三被擋住實現面內位移的測量；光束一與光束三通過，光束二被擋住實現離面位移的測量。

CCD相機與斬波器的同步由PLL速度控制電路實現。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：