[發明專利]一種基于相移剪切電子散斑干涉的高精度視頻引伸計及測量方法

在審

• 申請號: 202110765273.5
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113566727A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 李凱
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01N3/06;G01N3/08
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種基于相移剪切電子散斑干涉的高精度視頻引伸計，包括激光器(1)、光纖分束器(14)、兩條光纖(12、13)、兩個準直透鏡L₁、L₂(2、3)、三個平面反射鏡M₁、M₂、M₃(5、7、6′)、一個壓電陶瓷相移器PZT(6)、一個分光棱鏡(8)、一個CCD/CMOS相機(10)和計算機(11)，其特征在于：所述激光器(1)產生的激光由光纖分束器(14)分成兩路分別經第一準直透鏡L₁(2)、第二準直透鏡L₂(3)照射試件(4)中測試區段(P-Q)，其反射光分別經第一平面反射鏡M₁(5)反射、以及第二平面反射鏡M₂(7)和第三平面反射鏡反射M₃(6′)反射，而后這兩組反射光經分光棱鏡BS(8)后，被相機(10)的成像鏡頭(9)攝取成像并輸入到計算機(11)，第三平面反射鏡M₃(M₃)安裝在壓電陶瓷相移器PZT(6)上，壓電陶瓷相移器PZT(6)連接計算機而受其控制。

2.根據權利要求1所述的基于相移剪切電子散斑干涉的高精度視頻引伸計，其特征在于：所述激光器(1)發出的激光導入光纖后，經分束器(14)一分為二，通過第一準直透鏡L₁(2)、第二準直透鏡L₂(3)準直成兩束平行光，以對稱的方式入射到試件(4)中測試區段(P-Q)。

3.根據權利要求2所述的基于相移剪切電子散斑干涉的高精度視頻引伸計，其特征在于：所述兩束對稱入射的激光與試件(4)的軸線位于同一平面內，兩束激光相對試件(4)法線的夾角相等，該對稱入射光路只對試件(4)沿軸向的變形敏感。

4.根據權利要求1所述的基于相移剪切電子散斑干涉的高精度視頻引伸計，其特征在于：所述CCD/CMOS相機(10)及其成像鏡頭(9)構成成像系統，相機(10)和成像鏡頭(9)間通過標準接口連接，成像系統的光軸與激光束在同一平面，正對試件(4)拍攝。

5.根據權利要求1所述的基于相移剪切電子散斑干涉的高精度視頻引伸計，其特征在于：所述相移剪切，其剪切光路為：將試件(4)上的間隔為標距長度D，其兩個觀測區域P和Q通過剪切光路傳輸到成像系統中相互疊加，實現剪切干涉。

6.根據權利要求5所述的基于相移剪切電子散斑干涉的高精度視頻引伸計，其特征在于：所述剪切光路包括第一平面反射鏡M₁(5)、第二平面反射鏡M₂(7)、第三平面反射鏡M₃(6′)、一個分光棱鏡BS(8)；第一平面反射鏡M₁(5)、第二平面反射鏡M₂(7)位于成像系統光軸的兩側，分別對準觀察區域P、Q，分光棱鏡BS(8)和第三平面反射鏡M₃(6′)位于成像系統光軸上。

7.根據權利要求1所述的基于相移剪切電子散斑干涉的高精度視頻引伸計，其特征在于：所述分光棱鏡BS(8)緊靠成像鏡頭(9)放置，第三平面反射鏡M₃(6′)固定在壓電陶瓷相移器PZT(6)上，緊靠分光棱鏡BS(8)放置，壓電陶瓷相移器PZT(6)可根據控制信號推動第三平面反射鏡M₃(6′)移動，在剪切光路里引入相移，實現高精度的相移剪切電子散斑測量。

8.根據權利要求1所述的基于相移剪切電子散斑干涉的高精度視頻引伸計，其特征在于：從觀察區域P和Q反射的激光，經剪切光路傳送至成像系統中相互疊加，形成剪切干涉圖樣，在計算機(11)控制下，壓電陶瓷相移器PZT(6)產生相移，而產生的相移干涉圖樣被計算機(11)采集。

9.一種基于相移剪切電子散斑干涉的高精度視頻引伸計測量方法，采用根據權利要求1所述的基于相移剪切電子散斑干涉的高精度視頻引伸計進行操作，其特征在于：測量步驟如下：

1)、安置測量系統和試件后開機：

激光器發出的激光經光纖分束器一分為二，再由第一準直透鏡L₁、第二準直透鏡L₂準直成兩束平行光，對稱照射到試件表面；兩束激光與試件軸向共面，與試件法向夾角皆為θ；

2)、實現剪切干涉：

第一平面反射鏡M₁、第二平面反射鏡M₂位于成像系統光軸的兩側，分別對準試件上的觀測區域P和Q；分光棱鏡BS和第三平面反射鏡M₃都位于成像系統光軸上，分光棱鏡BS緊靠成像鏡頭放置，反射鏡M₃緊靠分光棱鏡BS放置，反射鏡M₃固定在壓電陶瓷相移器PZT上，壓電陶瓷相移器PZT可在控制信號驅動推動第三平面反射鏡M₃移動，在剪切光路中引入相移；試件上觀測區域P處的反射光，先經第一平面反射鏡M₁反射，再經分光棱鏡BS反射，進入成像系統。試件上觀測區域Q處的反射光，先經第二平面反射鏡M₂反射，再經第三平面反射鏡M₃反射，最后透射過分光棱鏡BS，進入成像系統；來自試件上P處和Q處的反射光，在成像系統中相互疊加，實現剪切干涉；

3)、采集相移干涉圖像：

激光經分束準直后對稱照射試件，剪切光路將試件上觀測區域P處和Q處反射的激光傳送至成像系統，在成像系統中相互疊加，實現剪切干涉，成像系統正對試件拍攝，計算機控制壓電陶瓷相移器PZT產生相移并通過相機采集相移干涉圖像；

4)計算試件的應變：

計算機根據標準的相移算法從相移圖像中計算出相位，再由電子散斑干涉的面內位移測量公式，計算出觀測區域P和Q之間的相對位移ΔD，從而計算出試件的應變ε＝ΔD/D。