15930.瞬態(tài)形變的散斑干涉測量技術研究

1、瞬態(tài)形變的散斑干涉測量技術研究瞬態(tài)形變的散斑干涉測量技術研究StudyontheElectronicSpecklePatternInterferometryUsedintheMeasurementofTransientDefmations一級學科：光學工程學科專業(yè)：光學工程研究生：李翔宇指導教師：黃戰(zhàn)華教授天津大學精密儀器與光電子工程學院二零一五年五月摘要工程材料和結構瞬態(tài)形變的測量與分析，是評價其安全性、適用性和可靠性的常用手段之一。

2、作為光測力學的重要組成部分，散斑干涉測量多用于粗糙表面形變或位移的無損檢測。該技術通過分析散斑干涉圖的相位變化來實現(xiàn)物面變化的測量，具有全場性、非接觸、高精度等優(yōu)點。將高速圖像采集技術融入其中，便可實現(xiàn)瞬態(tài)形變的實時測量。本文以散斑場的光學統(tǒng)計特性為基礎，詳細而深入地討論了高速時域散斑干涉測量技術在瞬態(tài)測量方面的應用。首先，從散斑干涉測量的基本原理出發(fā)，提出了一種基于邁克爾遜式干涉光路的時間相移剪切散斑干涉測量系統(tǒng)，討論了散斑尺寸、相移

3、量和剪切量等參數(shù)的影響，并對其誤差進行了分析。根據(jù)瞬態(tài)形變的實時測量要求，采用了(N1)相位檢測算法，克服了時間相移法在動態(tài)測量方面的不足之處。其次，全面討論了基于散斑干涉圖序列的高速時域散斑干涉技術，該技術的顯著特點是將形變場視為時變場，從而把時間量引入到了相位的分析之中。將數(shù)字相機的每個像素視為獨立的傳感單元，通過連續(xù)采集的散斑干涉圖序列得到各個像素處光強隨時間變化的關系，即一維時域散斑干涉信號，并通過希爾伯特變換的方法完成干涉信號

4、的相位解調(diào)。根據(jù)時域信號背景強度和調(diào)制強度隨時間波動的特點，采用了信號的經(jīng)驗模態(tài)分解的方法進行重構濾波處理，減小了相位檢測誤差。針對大量存在的高頻隨機噪聲，通過計算各本征模態(tài)函數(shù)與原始噪聲信號之間互相關系數(shù)的方式改進了濾波信號的重構原則，保證了相位提取的準確性。此外，本文還提出了一種時域希爾伯特變換和空域相位展開相結合的動態(tài)散斑相位分析方法。借助于希爾伯特變換的相移作用并結合三角變換公式在時域中實現(xiàn)了包裹相位的提取，并將相位的解包裹處理

5、轉(zhuǎn)移至空域進行，有效避免了時域噪聲對相位檢測結果的影響。最后，將包裹相位條紋圖的正余弦圖分別進行頻域低通濾波，實現(xiàn)了信噪較低且條紋密度變化較大的包裹相位圖的自適應降噪處理。對濾波后的包裹相位條紋圖進行基于最小二乘法和離散余弦變換的空域相位展開，獲得了連續(xù)的相位分布，進而實現(xiàn)了物面形變或位移的間接測量。根據(jù)實驗需求，開發(fā)了集測量系統(tǒng)控制和圖像采集等功能于一身的高速散斑干涉測量系統(tǒng)控制軟件，同時還設計并實現(xiàn)了基于壓電陶瓷的瞬態(tài)形變加載裝置。