[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

本發明公開了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。本引伸計包括激光器、光纖分束器、兩條光纖、兩個準直透鏡、三個平面反射鏡、一個壓電陶瓷相移器、一個分光棱鏡、一個CCD/CMOS相機和計算機，激光器產生的激光由光纖分束器分成兩路分別經兩個準直透鏡照射試件中測試區段，試件上從標距長度兩端反射的激光，經由反射鏡、分光棱鏡、相移器組成的相移剪切光路，進入成像鏡頭并在相機靶面實現剪切干涉，實現標距長度段的高精度應變測量。本發明測量精度為激光波長的量級，可達0.01個激光波長的精度，測量方法不易環境振動和空氣擾動影響。

技術領域

本發明公開了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，屬于光電檢測領域。

背景技術

引伸計是一種廣泛應用于材料應變測量的裝置，分為接觸式引伸計和非接觸式引伸計，比之于接觸式引伸計，非接觸式引伸計具有非接觸、不會因為夾持而破壞試樣等優點。視頻引伸計是一種非接觸應變測量方式，近年來發展迅速，逐漸成為了材料基本力學性能測量的重要工具。然而，通常的視頻引伸計都是以圖像識別、圖像匹配為基礎實現的，測量時要求試件表面有可供辨識的特征，如果試件表面無明顯特征可供識別，則需要人工在試件表面制作特征，比如通過劃線、噴漆、刻蝕或者轉印等方法在試件表面制作標識圖案，這個過程耗時耗力，且會增加損壞試件的風險，以及干擾試件本身的材料特性，影響測量結果。此外，現有的視頻引伸計的測量精度主要依賴圖像采集系統的分辨率，為達到較高的應變測量精度，就需要使用價格昂貴的高分辨率相機和高分辨率鏡頭，這大大阻礙了視頻引伸計在工業界的推廣使用。

電子散斑干涉法是光測實驗力學中的重要測量方法之一。它以激光散斑為信息載體，無需對物體進行任何標記，即可實現高靈敏度的非接觸變形測量。由于這種測量方法以激光干涉為基礎，其測量精度與激光波長相當，也就是微米量級，如果再配合相移技術，則測量精度可達0.01個激光波長，也就是納米級的測量精度。然而，電子散斑干涉法易受測量環境的影響，輕微的環境震動或是空氣擾動都會干擾測量結果，因此其使用環境通常限于實驗室或測試環境非常穩定的工況。剪切電子散斑干涉法是在電子散斑干涉法基礎上發展起來的測量方法，由于該方法使用物體表面的反射光進行相互干涉，無需引入額外的參考光，且整個光路是同軸的，因此對環境震動和空氣擾動并不敏感，具有較強的抗干擾能力，在一般的工況下都能成功實現測量。現有視頻引伸計測量時需在試件上制作標記點，應變測量精度受限于圖像采集系統，難以實現高精度應變測量，這成為亟待了解決的技術問題。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供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，采用相移剪切電子散斑干涉方法，通過設計特殊的剪切干涉光路，將試件上距離為標距長度的兩個觀測區域在成像系統中相互疊加，實現剪切干涉和納米級精度的相對位移測量，從而實現了一種高精度的視頻引伸計和方法。

為達到上述發明創造目的，本發明采用如下技術方案：

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、光纖分束器、兩條光纖、兩個準直透鏡L₁、L₂、三個平面反射鏡M₁、M₂、M₃、一個壓電陶瓷相移器PZT、一個分光棱鏡、一個CCD/CMOS相機和計算機，所述激光器產生的激光由光纖分束器分成兩路分別經第一準直透鏡L₁、第二準直透鏡L₂照射試件中測試區段，其反射光分別經第一平面反射鏡M₁反射、以及第二平面反射鏡M₂和第三平面反射鏡反射M₃反射，而后這兩組反射光經分光棱鏡BS后，被相機的成像鏡頭攝取成像并輸入到計算機，第三平面反射鏡M₃安裝在壓電陶瓷相移器PZT上，壓電陶瓷相移器PZT連接計算機而受其控制。