[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

本發明公開了一種用于物體振動測量的點衍射干涉裝置及方法，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，采集入射光產生的干涉圖并處理。單縱模激光器發出的激光經光路處理模塊后射入測量模塊；入射光經偏振數字相機前置的偏振片陣列后發生干涉；記錄四步移相干涉圖及各瞬態位置的干涉圖；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。本發明通過將被測物體與測量探頭固定，并利用偏振數字相機來采集振動過程中各個瞬態位置的干涉圖，通過對各個瞬態位置的空間三維坐標進行分析，實現了對物體振動的測量，提高了裝置的抗干擾能力。

技術領域

本發明涉及光學測量技術領域，尤其是涉及一種用于物體振動測量的點衍射干涉裝置及方法。

背景技術

隨著工業生產和加工的不斷發展，對物體的振動測試要求也越來越高。研究物體振動主要有兩種方法：一種是利用傳感器接收到的信號來進行對物體振動特性的研究；另一種是利用光學干涉的方法。1965年由Powell等人所提出的利用連續時間曝光的全息術是目前一種研究物體振動測量的常用方法，被廣泛應用于機械振動等的分析中。但是該方法對介質和裝置的穩定性要求高，裝置復雜。激光掃頻測振儀被用于掃描測量樂器表面多個點的振動情況，來分析材料等因素對鼓振動發聲的影響。但是這種方法測量速度相對較慢。國內對振動測量也有深入的研究，四川大學利用高幀頻相機和結構光三維傳感技術對鼓膜振動進行了研究，實現了對振動過程的動態分析。之后又利用普通CCD相機采集通過光柵投影到薄膜表面的變形正弦條紋，稱之為時間平均條紋，只需要獲得一幅變形條紋圖，便可以對薄膜振動進行定性分析。這種方法獲取數據的速度快，并且裝置簡單，但是實驗僅在低頻(0～300Hz)范圍內進行。近年來，基于點衍射干涉的三坐標測量系統由于其便攜性和實時性，被廣泛應用于實現高精度的空間三維坐標的測量。光纖點衍射干涉系統是通過光纖出射端產生的點衍射波前作為高精度球面波前，一部分由被測面反射作為檢測波前，另一部分作為參考波前，兩者經透鏡成像發生干涉，由CCD探測器接收干涉條紋，通過分析干涉條紋計算被測面的誤差。但是現有的基于點衍射干涉的三坐標測量系統只能用于測量固定物體的空間三維坐標，無法實現測量物體的振動情況。

公開號CN108801438A的發明申請公開了一種振動信號測量裝置，所述梁的靜電激勵振動裝置由交流信號源、靜電驅動極板、底板、懸臂梁、側板、聲波、開關和導線組成；所述光電探測器信號探測裝置由支撐圓環塊、衍射光柵、衍射光、入射光、衍射級、襯底、光電探測器和導電薄膜組成；懸臂梁在交流信號激勵作用下產生受迫振動；振動時會產生聲波，聲波薄膜振動，利用衍射光與反射光發生干涉效應，檢測梁的振動。

上述測量裝置對周圍環境的要求較高，容易被其他聲波干擾，導致測量的精準度欠佳，不利于振動的有效測量。

發明內容

針對現有的基于點衍射的空間三維坐標測量系統難以實現對物體振動情況的測量，且其他現有測量系統功能較弱，對周圍環境要求高，精確度較差的問題，本發明提供了一種用于物體振動測量的點衍射干涉裝置及方法，通過將被測物體與測量模塊固定，采集振動過程中各個瞬態位置的干涉圖并分析，最終實現對物體振動過程的測量。

以下是本發明的技術方案。

一種用于物體振動測量的點衍射干涉裝置，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，采集入射光產生的干涉圖并處理。本方案將測量模塊與被測物體連接，通過測量模塊內干涉圖的分析，能夠實現間接測量被測物的振動，且精準度較高。