[發(fā)明專利]一種基于脈沖激光的超快數(shù)字散斑系統(tǒng)和實驗方法

有效

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• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113251941B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設計）人: 李德建;張鳴原;沈沐傲;陳露;李英駿
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學（北京）
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01N3/06;G01N3/30
• 代理公司: 北京動力號知識產(chǎn)權代理有限公司 11775
• 代理人: 梁艷

一種基于脈沖激光的超快數(shù)字散斑系統(tǒng)和實驗方法，系統(tǒng)包括沿光路依次設置的脈沖激光器、分光鏡、反射鏡組、擴束鏡組、加載設備和超快相機。分光鏡用于將脈沖激光器輸出的激光分成光強相等的兩束激光；超快相機用于拍攝數(shù)字散斑圖像；超快相機的幀率與激光的重復頻率一致，且所述系統(tǒng)的曝光時間與所述脈沖激光器輸出激光的皮秒量級的半高寬一致。本發(fā)明將對材料應變場的時間分辨率提升到了皮秒量級，使得數(shù)字散斑技術能夠很好的應用于斷裂、沖擊等高應變率場景中；可以清晰地拍攝到試件上快速移動的特征點，極大地提高了數(shù)字散斑技術的測試精度；通過將超快相機和皮秒激光的幀率設定為相同數(shù)值，節(jié)省了激光脈沖測試過程中普遍存在的設備同步程序。

技術領域

本發(fā)明涉及光學與數(shù)字圖像技術領域，尤其涉及一種基于脈沖激光的超快數(shù)字散斑系統(tǒng)和實驗方法。

背景技術

數(shù)字散斑技術通過追蹤物體表面變形前后兩幅圖中某一特征點的位置來計算其位移，再將試件上的所有特征點的位移特征進行整合計算從而得到試件的應變場。其作為一種非接觸式的測試方式被廣泛應用在土木建筑、材料特性、無損檢測等研究領域。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的工程實際需要研究高應變率條件下（例如爆破、沖擊時）的全過程環(huán)境應變圖。

目前，數(shù)字散斑技術使用的是連續(xù)光源。應用于超高應變率的場景時，試件上的特征點會出現(xiàn)嚴重的模糊現(xiàn)象，導致將試件上的所有特征點的位移特征進行整合計算時得到的結果不準確甚至無法進行計算。

發(fā)明內容

為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了如下技術方案。

本發(fā)明一方面提供了一種基于脈沖激光的超快數(shù)字散斑系統(tǒng)，包括沿光路依次設置的脈沖激光器、分光鏡、反射鏡、擴束鏡組、加載設備和超快相機；

所述分光鏡用于將所述脈沖激光器輸出的激光分成光強相等的兩束激光；

所述超快相機用于拍攝數(shù)字散斑圖像；

所述超快相機的幀率與所述脈沖激光器輸出激光的重復頻率一致，且所述系統(tǒng)的曝光時間與所述脈沖激光器輸出激光的皮秒量級的半高寬一致；

所述脈沖激光器輸出激光到達所述超快相機時，其光強不低于所述超快相機要求的最低照度。

優(yōu)選地，所述反射鏡包括第一反射鏡和第二反射鏡，所述擴束鏡組包括第一擴束鏡組和第二擴束鏡組，所述第一反射鏡和第一擴束鏡組形成第一光路，所述第二反射鏡和第二擴束鏡組形成第二光路；所述脈沖激光器輸出的激光經(jīng)過分光鏡形成光強相等的兩束激光后，分別經(jīng)過第一光路和第二光路后照射到位于所述加載設備的試件上。

優(yōu)選地，所述第一光路和第二光路對稱。

優(yōu)選地，所述第一擴束鏡組和第二擴束鏡組均由相鄰設置的凹透鏡和凸透鏡組成，且凹透鏡位于凸透鏡之前。

優(yōu)選地，在所述第一擴束鏡組和第二擴束鏡組中，所述凹透鏡和凸透鏡之間的距離設置為可調。

優(yōu)選地，所述凹透鏡為平凹透鏡，所述凸透鏡為平凸透鏡，所述凹透鏡的遠像源面為凹面，所述凸透鏡的遠像源面為凸面。

優(yōu)選地，所述加載設備用于對待測試件施加載荷；所述加載設備為靜態(tài)加載設備或動態(tài)加載設備。

優(yōu)選地，所述動態(tài)加載設備為霍普金森桿或擺錘沖擊加載設備。

優(yōu)選地，還包括計算機，所述超快相機與所述計算機數(shù)據(jù)連接，所述計算機用于處理所述超快相機拍攝的數(shù)字散斑圖像

本發(fā)明另一方面提供了一種基于脈沖激光的超快數(shù)字散斑實驗方法，利用上述的系統(tǒng)，所述脈沖激光器輸出的激光為實驗時唯一的光源。