15930.瞬態(tài)形變的散斑干涉測(cè)量技術(shù)研究

1、瞬態(tài)形變的散斑干涉測(cè)量技術(shù)研究瞬態(tài)形變的散斑干涉測(cè)量技術(shù)研究StudyontheElectronicSpecklePatternInterferometryUsedintheMeasurementofTransientDefmations一級(jí)學(xué)科：光學(xué)工程學(xué)科專業(yè)：光學(xué)工程研究生：李翔宇指導(dǎo)教師：黃戰(zhàn)華教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一五年五月摘要工程材料和結(jié)構(gòu)瞬態(tài)形變的測(cè)量與分析，是評(píng)價(jià)其安全性、適用性和可靠性的常用手段之一。

2、作為光測(cè)力學(xué)的重要組成部分，散斑干涉測(cè)量多用于粗糙表面形變或位移的無損檢測(cè)。該技術(shù)通過分析散斑干涉圖的相位變化來實(shí)現(xiàn)物面變化的測(cè)量，具有全場(chǎng)性、非接觸、高精度等優(yōu)點(diǎn)。將高速圖像采集技術(shù)融入其中，便可實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)形變的實(shí)時(shí)測(cè)量。本文以散斑場(chǎng)的光學(xué)統(tǒng)計(jì)特性為基礎(chǔ)，詳細(xì)而深入地討論了高速時(shí)域散斑干涉測(cè)量技術(shù)在瞬態(tài)測(cè)量方面的應(yīng)用。首先，從散斑干涉測(cè)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(shí)間相移剪切散斑干涉測(cè)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(duì)其誤差進(jìn)行了分析。根據(jù)瞬態(tài)形變的實(shí)時(shí)測(cè)量要求，采用了(N1)相位檢測(cè)算法，克服了時(shí)間相移法在動(dòng)態(tài)測(cè)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(shí)域散斑干涉技術(shù)，該技術(shù)的顯著特點(diǎn)是將形變場(chǎng)視為時(shí)變場(chǎng)，從而把時(shí)間量引入到了相位的分析之中。將數(shù)字相機(jī)的每個(gè)像素視為獨(dú)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(gè)像素處光強(qiáng)隨時(shí)間變化的關(guān)系，即一維時(shí)域散斑干涉信號(hào)，并通過希爾伯特變換的方法完成干涉信號(hào)

4、的相位解調(diào)。根據(jù)時(shí)域信號(hào)背景強(qiáng)度和調(diào)制強(qiáng)度隨時(shí)間波動(dòng)的特點(diǎn)，采用了信號(hào)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的方法進(jìn)行重構(gòu)濾波處理，減小了相位檢測(cè)誤差。針對(duì)大量存在的高頻隨機(jī)噪聲，通過計(jì)算各本征模態(tài)函數(shù)與原始噪聲信號(hào)之間互相關(guān)系數(shù)的方式改進(jìn)了濾波信號(hào)的重構(gòu)原則，保證了相位提取的準(zhǔn)確性。此外，本文還提出了一種時(shí)域希爾伯特變換和空域相位展開相結(jié)合的動(dòng)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(jié)合三角變換公式在時(shí)域中實(shí)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(jìn)行，有效避免了時(shí)域噪聲對(duì)相位檢測(cè)結(jié)果的影響。最后，將包裹相位條紋圖的正余弦圖分別進(jìn)行頻域低通濾波，實(shí)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(yīng)降噪處理。對(duì)濾波后的包裹相位條紋圖進(jìn)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)了物面形變或位移的間接測(cè)量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，開發(fā)了集測(cè)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(cè)量系統(tǒng)控制軟件，同時(shí)還設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于壓電陶瓷的瞬態(tài)形變加載裝置。