高抗振性电子散斑干涉测量系统和方法技术方案

提供一种高抗振性电子散斑干涉测量系统，其包括：迈克尔逊干涉仪，其包括相移镜和高速相机；压电陶瓷，用于前后移动所述相移镜；驱动器，用于驱动所述压电陶瓷；控制器，分别与所述驱动器和高速相机连接，用于发出同步的第一信号和第二信号，所述第一信号用于控制所述高速相机采图，所述第二信号为正弦电压信号且用于驱动所述压电陶瓷；其中，所述高速相机以周期t在所述正弦电压信号上升段的中间4t时间内等时间间隔采集A、B、C和D四个时刻的四幅散斑干涉图像获得对应的光强分布I

【技术实现步骤摘要】
高抗振性电子散斑干涉测量系统和方法
本专利技术涉及一种高抗振性电子散斑干涉测量系统和方法，属于光电检测领域。
技术介绍
电子散斑干涉技术(ESPI)作为一种精密光学测量技术，因其具有快速、全场、大面积等优势，近些年已经被广泛应用于各类光学干涉精密测量和无损检测领域。时间相移技术的引入，极大提高了电子散斑干涉技术的图像质量及测量精度，使得电子散斑干涉真正发展成为一种高精度光学测量手段。现有具备时间相移功能的电子散斑干涉相移系统，对环境隔振的要求已大大降低。例如，中国专利200610147704.7就公开一种数字电子剪切散斑干涉仪，包括一激光器、一扩束机构、一剪切镜、一剪切镜驱动机构、一偏振片、一数字化成像装置以及一计算机，其中剪切镜可更换为大剪切镜或小剪切镜；剪切镜驱动机构包括一水平位移装置和一垂直位移装置，其分别通过步进电机驱动，使剪切镜及偏振片沿平行和垂直于反射光束的方向移动，步进电机转动受所述计算机输出的脉冲控制。例如，中国专利201210086926.8就公开了一种高信噪比电子散斑干涉的实时相移方法，其利用压电相移器产生多步相移，摄像机同步采集多幅相移散斑图像，通过特殊的图像采集序列设计和快速算法，计算散斑干涉条纹的位相图，这些相移条纹图中包含了当前时刻代表物体变形的位相信息，可以通过位相解调出来。该方法可以在100-150毫秒内完成从原始图像采集到相移图像的计算和显示。但是，现有的这些技术在工程现场进行动态测试时，其相位图质量和相位处理效果还是很受环境振动因素的影响，特别是当周围环境中有振动噪声存在时，基本无法进行位移或位移导数的精确测量。造成这一问题的主要原因，是由于现有的相位处理方法普遍采用步进阶跃式控制方法(例如利用压电相移器产生多步相移)，该方法极大限制了压电陶瓷的动态响应及相机的采图帧率，导致测量速度较慢，通常完成一次相位测量至少需要100ms的时间。在此测量期间，环境振动、空气扰动都会引起相移过程中采集的散斑图像相位差的偏差，从而导致相位测量结果不准确，甚至会导致测量工作无法进行。因此，现有的电子散斑干涉测量系统通常要求在较为稳定的环境中工作，而在工程现场等一般环境中的测量工作很难实施。鉴于上述，本专利技术旨在提供一种高抗振性电子散斑干涉测量系统和方法，来解决上述的一个或多个技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，根据本专利技术一方面，提供一种高抗振性电子散斑干涉测量系统。该高抗振性电子散斑干涉测量系统包括：迈克尔逊干涉仪，其包括相移镜和高速相机；压电陶瓷，用于前后移动所述相移镜；驱动器，用于驱动所述压电陶瓷；控制器，分别与所述驱动器和高速相机连接，用于发出同步的第一信号和第二信号，所述第一信号用于控制所述高速相机采图，所述第二信号为正弦电压信号且用于驱动所述压电陶瓷；其中，所述高速相机以周期t在所述正弦电压信号上升段的中间4t时间内等时间间隔采集A、B、C和D四个时刻的四幅散斑干涉图像获得对应的光强分布IA、IB、IC、ID，在所述4t时间内所述相移镜的位移为3λ/8，λ为干涉光的波长；以及处理器，用于基于所述四幅散斑干涉图像计算被测物体离面位移和/或离面位移导数。根据本专利技术又一方面，所述4t小于空气扰动或环境振动的周期T。根据本专利技术又一方面，所述4t小于T/4、T/8、T/10、T/20或T/30。根据本专利技术又一方面，所述IA、IB、IC、ID两两之间的相位差为π/2，表示如下：其中，I0为散斑图背景光强，μ为调制光强的振幅，为散斑图的随机相位值。根据本专利技术又一方面，高速相机采集两组或多组所述四幅散斑图像形成序列{[IA0，IB0，IC0，ID0]；[IA1，IB1，IC1，ID1]…[IAi，IBi，ICi，IDi]}，i为自然数；第一组四幅散斑图像的[IA0，IB0，IC0，ID0]用于计算出被测物体的初始随机相位第i组四幅散斑图像的[IAi，IBi，ICi，IDi]用于计算出对应被测物体变形的相位i为自然数，根据本专利技术又一方面，通过对和进行均值滤波消除噪声，分别得到和即可得到被测物体各个时刻因变形引起的相位差根据本专利技术又一方面，被测物体的离面位移根据本专利技术又一方面，离面位移导数其中δ为剪切量数值。根据本专利技术又一方面，还提供了一种高抗振性电子散斑干涉测量方法，其特征在于包括以下步骤：控制器发出同步的第一信号和第二信号；根据所述第一信号控制高速相机采图，根据所述第二信号驱动压电陶瓷以前后移动相移镜，第二信号为正弦电压信号，其中，所述高速相机以周期t在所述正弦电压信号上升段的中间4t时间内等时间间隔采集A、B、C和D四个时刻的四幅散斑干涉图像获得对应的光强分布IA、IB、IC、ID，在所述4t时间内所述相移镜的位移为3λ/8，λ为干涉光的波长；基于所述四幅散斑干涉图像计算被测物体离面位移和/或离面位移导数。根据本专利技术又一方面，所述4t小于空气扰动或环境振动的周期T。根据本专利技术又一方面，所述4t小于T/4、T/8、T/10、T/20或T/30；优选地，所述IA、IB、IC、ID两两之间的相位差为π/2，表示如下：其中，I0为散斑图背景光强，μ为调制光强的振幅，为散斑图的随机相位值。根据本专利技术又一方面，高速相机采集两组或多组所述四幅散斑图像形成序列{[IA0，IB0，IC0，ID0]；[IA1，IB1，IC1，ID1]…[IAi，IBi，ICi，IDi]}，i为自然数；第一组四幅散斑图像的[IA0，IB0，IC0，ID0]用于计算出被测物体的初始随机相位第i组四幅散斑图像的[IAi，IBi，ICi，IDi]用于计算出对应被测物体变形的相位i为自然数，根据本专利技术又一方面，通过对和进行均值滤波消除噪声，分别得到和即可得到被测物体各个时刻因变形引起的相位差根据本专利技术又一方面，被测物体的离面位移根据本专利技术又一方面，离面位移导数其中δ为剪切量数值。与现有技术相比，本专利技术具有以下一个或多个技术效果：首先，该系统可在工程现场进行电子散斑干涉动态离面位移或离面位移导数的精密测量；其次，相比于现有技术中的步进控制压电陶瓷(相移器)，可以大大缩短四幅相移图的采集时间，例如可以达到2.5ms，甚至更快，这小于一般的空气扰动和环境振动周期(10ms以上)，因此，该系统可显著降低电子散斑干涉技术对空气扰动和环境振动敏感性；第三，相机触发信号的频率是PZT相移驱动信号的数倍或十几倍以上，且PZT相移驱动信号为正弦信号(代替现有技术中的步进控制信号)，因此易于得到理想的压电性能曲线，可确保电子散斑干涉动态位移或位移导数的精密测量。附图说明为了能够理解本专利技术的上述特征的细节，可以参照实施例，得到对于简要概括于上的专利技术更详细的描述。附图涉及本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高抗振性电子散斑干涉测量系统，其特征在于包括：/n迈克尔逊干涉仪，其包括相移镜和高速相机；/n压电陶瓷，用于前后移动所述相移镜；/n驱动器，用于驱动所述压电陶瓷；/n控制器，分别与所述驱动器和高速相机连接，用于发出同步的第一信号和第二信号，所述第一信号用于控制所述高速相机采图，所述第二信号为正弦电压信号且用于驱动所述压电陶瓷；其中，所述高速相机以周期t在所述正弦电压信号上升段的中间4t时间内等时间间隔采集A、B、C和D四个时刻的四幅散斑干涉图像获得对应的光强分布I

【技术特征摘要】
1.一种高抗振性电子散斑干涉测量系统，其特征在于包括：
迈克尔逊干涉仪，其包括相移镜和高速相机；
压电陶瓷，用于前后移动所述相移镜；
驱动器，用于驱动所述压电陶瓷；
控制器，分别与所述驱动器和高速相机连接，用于发出同步的第一信号和第二信号，所述第一信号用于控制所述高速相机采图，所述第二信号为正弦电压信号且用于驱动所述压电陶瓷；其中，所述高速相机以周期t在所述正弦电压信号上升段的中间4t时间内等时间间隔采集A、B、C和D四个时刻的四幅散斑干涉图像获得对应的光强分布IA、IB、IC、ID，在所述4t时间内所述相移镜的位移为3λ/8，λ为干涉光的波长；以及
处理器，用于基于所述四幅散斑干涉图像计算被测物体离面位移和/或离面位移导数。


2.根据权利要求1所述的高抗振性电子散斑干涉测量系统，其特征在于所述4t小于空气扰动或环境振动的周期T。


3.根据权利要求2所述的高抗振性电子散斑干涉测量系统，其特征在于所述4t小于T/4、T/8、T/10、T/20或T/30。


4.根据权利要求1-3任一项所述的高抗振性电子散斑干涉测量系统，其特征在于所述IA、IB、IC、ID两两之间的相位差为π/2，表示如下：












其中，I0为散斑图背景光强，μ为调制光强的振幅，为散斑图的随机相位值。


5.根据权利要求4所述的高抗振性电子散斑干涉测量系统，其特征在于高速相机采集两组或多组所述四幅散斑图像形成序列{[IA0，IB0，IC0，ID0]；[IA1，IB1，IC1，ID1]...[IAi，IBi，ICi，IDi]}，i为自然数；
第一组四幅散斑图像的[IA0，IB0，IC0，ID0]用于计算出被测物体的初始随机相位第i组四幅散斑图像的[IAi，IBi，ICi，IDi]用于计算出对应被测物体变形的相位i为自然数，


6.根据权利要求5所述的高抗振性电子散斑干涉测量系统，其特征在于通过对和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，王虎，邢瑞英，孙晓飞，王业腾，王文博，占明明，刘轩，鲁国林，孙霖，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，湖北航天化学技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31