[發明專利]具有多方向動態相移的剪切成像和干涉測量傳感器以及檢測和測量振動模式的方法

在審

• 申請號: 202080089080.6
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN115516275A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 塞爾吉奧·達馬塞諾蘇亞雷斯;法比亞納·迪亞斯豐塞卡馬丁斯;安娜·露西婭·凡帕塞亞布拉德阿爾梅達;毛羅·愛德華多·貝內代;阿曼多·艾伯塔齊貢薩爾維斯朱尼奧;阿納盧西亞·維埃拉凡京;丹尼爾·佩德羅·維勒曼;埃斯蒂文·桑切斯巴雷拉
• 申請（專利權）人: 巴西石油公司;圣卡塔琳娜州聯邦大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01B9/02098;G01H9/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉雯鑫;陳煒

本發明涉及具有多方向動態相移(DPSI)的剪切成像和干涉測量傳感器。本發明使用具有三個固定的棱鏡或者單個固定的三面光學棱鏡的配置，所述單個固定的三面光學棱鏡具有與三個棱鏡相同的效果，以同時獲得具有相移的三個圖像。本發明還涉及使用所述傳感器檢測和測量振動模式的方法。

技術領域

本發明涉及具有動態相移(DPSI)的多方向的剪切成像和干涉測量傳感器。本發明中使用的配置包括三個固定的棱鏡或者包括單個固定的三面光學棱鏡，該單個固定的三面光學棱鏡被構造以實現與三個棱鏡相同的效果，并且因此同時獲得具有相移的三個圖像。該配置顯著地將本發明與現有技術區分開來，現有技術使用兩個圖像或者通過移動不同的棱鏡來執行相移以獲得兩個或更多個圖像。

剪切成像是在工業中廣泛使用的魯棒技術。然而，傳統的配置具有魯棒性的限制，并且可能容易受到一定程度的振動的影響；例如，展示在石油平臺或船舶上的那些。近年來，復合材料在石油和天然氣領域中的應用增長很多，促進了用于操作中的結構的無損檢測的系統和技術的發展。

本發明提出的配置通過使用減少圖像采集時間的多方向傳感器來設法克服魯棒性的困難。這種減少允許在具有諸如振動的更大操作干擾的區域中獲得具有更高分辨率的圖像；例如，出現在石油平臺或船舶上的那些。這些因素的結合使得可以對使用先前系統無法檢測到的區域進行檢測。

除了確保操作安全之外，根據本發明的無損檢測還對如下事實有貢獻：復合材料結構可以延長其操作周期。

背景技術

剪切成像是利用激光的散斑效應的干涉測量的光學測量技術。使用擴展的激光源照射測試對象，并且由連接至計算機的攝像裝置捕獲圖像以進行記錄和處理。橫向位移裝置，通常是改進的邁克爾遜干涉儀(Michelson interferometer)，用于產生對象的兩個疊加圖像。圖像之間的位移使該技術對對象平面外的位移場梯度敏感，并從而直接對表面變形敏感。對象的參考圖像與捕獲的圖像的比較指出材料中的變形。

現有技術的已知的實施方式由包含兩個楔棱鏡、兩個孔徑、透鏡和攝像裝置的光學配置的示意圖組成。雙重圖像是由通過楔形棱鏡的光的折射而生成的。載波條紋是由來自通過雙重孔徑掩模的波的干涉而產生的。掩模正好放置在楔棱鏡的后面。

假設通過孔徑傳播的光波是球面的。那么，球面波前之間的干涉將導致對應于楊氏條紋的平行條紋。

光路之間的差異限定了干涉在隔板的每個點處將是相長的還是相消的。將形成干涉將是相長的區域(亮條紋)，該區域將與具有相消干涉的區域(暗條紋)交替。亮條紋之間的距離取決于狹縫之間的距離、從孔徑到攝像裝置傳感器的距離以及波長。

在圖像傳感器中，條紋間距與像素大小有關，并且可以保證更高密度的條紋而不丟失信息。散斑大小必須足夠大，以包含所有的條紋信息。

目前，這些系統主要用于石油和天然氣工業中所使用的復合材料的無損檢測，其中重點是分析使用復合材料修復的金屬管道。在該工業部門中的另一重要應用是檢測完全由復合材料制成的管道(由纖維纏繞工藝制成的復合材料制成的管道和配件)的膠合接頭。

文獻CN108871220A公開了包括控制模塊和三個相移模塊以及三個相移模塊的平均折射率的相位逆變器。三個相移模塊以這三個模塊的厚度減小的方式布置；驅動模塊旋轉，并且因此可以改變三相的相移模塊的位置，從而在不同的時間引入不同的相移量。時移器設置具有不同厚度的相移模塊，以準確地輸入相移過程中的相移量，從而有效地避免由陶瓷壓電蠕變特性、遲滯和非線性特性引起的相移誤差。然而，在該文獻中觀察到，相移是機械地進行的，與本發明所提出的內容不同。

現有技術的文獻均未公開多方向剪切成像傳感器，諸如本發明的多方向剪切成像傳感器。

發明內容