[發明專利]一種用于物體振動測量的點衍射干涉裝置及方法

有效

• 申請號: 201910367953.4
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110146154B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 王道檔;顧翰婷;孔明;許新科;趙軍;劉維;郭天太
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

1.一種用于物體振動測量的點衍射干涉裝置，其特征在于，包括：

光源，發射初始光至光路處理模塊；

光路處理模塊，將初始光轉換為若干束出射光并入射至測量模塊；

測量模塊，連接被測物體（14），采集入射光產生的干涉圖并處理；

所述光源包括單縱模激光器（1）；所述光路處理模塊包括偏振片（2）、二分之一波片（3）、偏振分光棱鏡（4）、四分之一波片Ⅰ（5）、光纖耦合器Ⅰ（6）、亞微米孔徑光纖Ⅰ（7）、四分之一波片Ⅱ（8）、反射鏡（9）、四分之一波片Ⅲ（10）、光纖耦合器Ⅱ（11）及亞微米孔徑光纖Ⅱ（12）；所述測量模塊包括測量探頭（13）、偏振數字相機（15）及計算機（16）；所述單縱模激光器（1）發出的光經偏振片（2）和二分之一波片（3）射入偏振分光棱鏡（4），入射光被分為透射光p和反射光s，透射光p經四分之一波片Ⅲ（10）被光纖耦合器Ⅱ（11）耦合入亞微米孔徑光纖Ⅱ（12），反射光s經四分之一波片Ⅱ（8）到達反射鏡（9）后被反射回來，再經四分之一波片Ⅰ（5）被光纖耦合器Ⅰ（6）耦合入亞微米孔徑光纖Ⅰ（7），所述亞微米孔徑光纖Ⅰ（7）的出射端與亞微米孔徑光纖Ⅱ（12）的出射端與測量探頭（13）相連接，所述被測物體（14）與測量探頭（13）無相對位移的機械連接，所述偏振數字相機（15）與計算機（16）電連接。

2.根據權利要求1所述的一種用于物體振動測量的點衍射干涉裝置，其特征在于，所述亞微米孔徑光纖Ⅰ（7）的出射端以及亞微米孔徑光纖Ⅱ（12）的出射端為使用拋光技術加工的圓錐形，圓錐形高度為10μm，出光口的孔徑為0.5μm。

3.根據權利要求1或2所述的一種用于物體振動測量的點衍射干涉裝置，其特征在于，所述亞微米孔徑光纖Ⅰ（7）的出射端與亞微米孔徑光纖Ⅱ（12）的出射端平行設置。

4.根據權利要求1所述的一種用于物體振動測量的點衍射干涉裝置，其特征在于，所述四分之一波片Ⅲ（10）和四分之一波片Ⅰ（5）的快軸方向與X軸呈45°夾角。

5.根據權利要求1所述的一種用于物體振動測量的點衍射干涉裝置，其特征在于，所述偏振數字相機（15）設有前置偏振片陣列。

6.一種用于物體振動測量的點衍射干涉方法，用于權利要求1所述的一種用于物體振動測量的點衍射干涉裝置，其特征在于，包括以下步驟：

S01：單縱模激光器（1）發出的激光經光路處理模塊后射入測量模塊；

S02：入射光經偏振數字相機（15）前置的偏振片陣列后發生干涉；

S03：記錄四步移相干涉圖及各瞬態位置的干涉圖；

S04：根據干涉圖對不同瞬態位置空間三維坐標值進行分析，測量出物體振動過程。

7.根據權利要求6所述的一種用于物體振動測量的點衍射干涉方法，其特征在于，所述步驟S01的具體過程包括：單縱模激光器（1）發出的光經偏振片（2）和二分之一波片（3）射入偏振分光棱鏡（4），入射光被分為透射光p和反射光s，透射光p經四分之一波片Ⅲ（10）被光纖耦合器Ⅱ（11）耦合入亞微米孔徑光纖Ⅱ（12），反射光s經四分之一波片Ⅱ（8）到達反射鏡（9）后被反射回來，再經四分之一波片Ⅰ（5）被光纖耦合器Ⅰ（6）耦合入亞微米孔徑光纖Ⅰ（7），最終出射兩束旋向相反的圓偏振光。

8.根據權利要求6所述的一種用于物體振動測量的點衍射干涉方法，其特征在于，步驟S04包括：根據干涉圖并利用四步移相算法解調出干涉場中獲得各個像素點對應的相位信息，根據相位與測量探頭（13）空間坐標的對應關系建立數學模型，利用迭代算法求解出空間三維坐標，對被測物體振動過程中取得多個瞬態位置的干涉圖，分別得到其空間三維坐標，用于分析物體的振動特性。

9.根據權利要求6所述的一種用于物體振動測量的點衍射干涉方法，其特征在于，所述單縱模激光器（1）發出的激光波長為532nm。