具有多方向动态相移的剪切成像和干涉测量传感器以及检测和测量振动模式的方法技术

本发明专利技术涉及具有多方向动态相移(DPSI)的剪切成像和干涉测量传感器。本发明专利技术使用具有三个固定的棱镜或者单个固定的三面光学棱镜的配置，所述单个固定的三面光学棱镜具有与三个棱镜相同的效果，以同时获得具有相移的三个图像。本发明专利技术还涉及使用所述传感器检测和测量振动模式的方法。动模式的方法。动模式的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多方向动态相移的剪切成像和干涉测量传感器以及检测和测量振动模式的方法


[0001]本专利技术涉及具有动态相移(DPSI)的多方向的剪切成像和干涉测量传感器。本专利技术中使用的配置包括三个固定的棱镜或者包括单个固定的三面光学棱镜，该单个固定的三面光学棱镜被构造以实现与三个棱镜相同的效果，并且因此同时获得具有相移的三个图像。该配置显著地将本专利技术与现有技术区分开来，现有技术使用两个图像或者通过移动不同的棱镜来执行相移以获得两个或更多个图像。
[0002]剪切成像是在工业中广泛使用的鲁棒技术。然而，传统的配置具有鲁棒性的限制，并且可能容易受到一定程度的振动的影响；例如，展示在石油平台或船舶上的那些。近年来，复合材料在石油和天然气领域中的应用增长很多，促进了用于操作中的结构的无损检测的系统和技术的发展。
[0003]本专利技术提出的配置通过使用减少图像采集时间的多方向传感器来设法克服鲁棒性的困难。这种减少允许在具有诸如振动的更大操作干扰的区域中获得具有更高分辨率的图像；例如，出现在石油平台或船舶上的那些。这些因素的结合使得可以对使用先前系统无法检测到的区域进行检测。
[0004]除了确保操作安全之外，根据本专利技术的无损检测还对如下事实有贡献：复合材料结构可以延长其操作周期。

技术介绍

[0005]剪切成像是利用激光的散斑效应的干涉测量的光学测量技术。使用扩展的激光源照射测试对象，并且由连接至计算机的摄像装置捕获图像以进行记录和处理。横向位移装置，通常是改进的迈克尔逊干涉仪(Michelson interferometer)，用于产生对象的两个叠加图像。图像之间的位移使该技术对对象平面外的位移场梯度敏感，并从而直接对表面变形敏感。对象的参考图像与捕获的图像的比较指出材料中的变形。
[0006]现有技术的已知的实施方式由包含两个楔棱镜、两个孔径、透镜和摄像装置的光学配置的示意图组成。双重图像是由通过楔形棱镜的光的折射而生成的。载波条纹是由来自通过双重孔径掩模的波的干涉而产生的。掩模正好放置在楔棱镜的后面。
[0007]假设通过孔径传播的光波是球面的。那么，球面波前之间的干涉将导致对应于杨氏条纹的平行条纹。
[0008]光路之间的差异限定了干涉在隔板的每个点处将是相长的还是相消的。将形成干涉将是相长的区域(亮条纹)，该区域将与具有相消干涉的区域(暗条纹)交替。亮条纹之间的距离取决于狭缝之间的距离、从孔径到摄像装置传感器的距离以及波长。
[0009]在图像传感器中，条纹间距与像素大小有关，并且可以保证更高密度的条纹而不丢失信息。散斑大小必须足够大，以包含所有的条纹信息。
[0010]目前，这些系统主要用于石油和天然气工业中所使用的复合材料的无损检测，其中重点是分析使用复合材料修复的金属管道。在该工业部门中的另一重要应用是检测完全
由复合材料制成的管道(由纤维缠绕工艺制成的复合材料制成的管道和配件)的胶合接头。
[0011]文献CN108871220A公开了包括控制模块和三个相移模块以及三个相移模块的平均折射率的相位逆变器。三个相移模块以这三个模块的厚度减小的方式布置；驱动模块旋转，并且因此可以改变三相的相移模块的位置，从而在不同的时间引入不同的相移量。时移器设置具有不同厚度的相移模块，以准确地输入相移过程中的相移量，从而有效地避免由陶瓷压电蠕变特性、迟滞和非线性特性引起的相移误差。然而，在该文献中观察到，相移是机械地进行的，与本专利技术所提出的内容不同。
[0012]现有技术的文献均未公开多方向剪切成像传感器，诸如本专利技术的多方向剪切成像传感器。

技术实现思路

[0013]本专利技术涉及多方向动态相移干涉测量(DPSI)和剪切成像传感器。本专利技术使用具有三个固定的棱镜或者具有单个固定的三面光学棱镜的配置，该单个固定的三面光学棱镜被构造以实现与三个棱镜相同的效果。这种布置对场中存在的振动提供了更大的抵抗力，并且提供了比当前检测更快地进行检测的能力(与具有相移的传统系统相比，检测速度提高了24倍)。因此，所提出的配置允许同时获取具有不同横向位移方向的图像，并且能够快速地动态测量位移或变形(位移梯度)。
附图说明
[0014]下面将参照附图更加详细地描述本专利技术，这些附图——以示意的方式而不是限制本专利技术范围——表示本专利技术的实施方式的示例。在附图中：
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图1示出了使用三个楔形棱镜的三重位移形成的图；
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图2示出了由三个楔形棱镜的布置引起的位移的表示；
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图3示出了用于具有三个孔径的三重剪切成像的光学布置；
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图4示出了孔径的不同组合、具有载波条纹的散斑模拟、快速傅里叶变换的等效光谱以及等效横向位移图像的图；
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图5示出了为每个位移分量提取不同相位图的步骤。通过快速傅里叶变换获取的图像及其二维频谱。通过应用椭圆带通滤波器提取傅里叶平面中的主要分量。所得的每个分量的相位图。相位图的区域的放大图，示出了载波条纹的取向；
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图6示出了用于三重剪切成像的相位差图的模拟；
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图7示出了用于同时测量剪切成像和DSPI的配置；
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图8示出了剪切成像和DSPI的同时结果的模拟；
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图9示出了用于复合材料修复中的无损检测的剪切成像系统的一般配置；
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图10示出了多方向剪切成像头的内部部件；
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图11示出了添加用于同步测量剪切成像和DPSI的光学部件；
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图12示出了对圆形样品的同时测量，其中机械负载由支承在其后部中心点处的测微螺钉施加。铝圆板的尺寸：厚度为2mm且直径为150mm；
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图13示出了对涂覆有复合材料并且用热负载激励的扁平的铝样品的同时测量。条纹浓度示出了内部缺陷的位置；
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图14示出了对具有复合涂层和热负载的沟槽形样品的同时测量。中心条纹示出了被涂层修复的缺陷的位置；
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图15示出了用于同时测量DSPI
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剪切成像的实验配置；
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图16示出了由同时测量DSPI
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剪切成像所得的相位图；
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图17示出了用于测试振动模式的可视化的样品；
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图18示出了用于使振动模式可视化的实验配置；
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图19示出了使用DSPI中所提出的配置而获得的圆形膜振动模式的图像。从左到右和从上到下增加频率；
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图20示出了使用剪切成像配置和y中的横向位移而获得的圆形膜振动模式的图像。从左到右和从上到下增加频率。
具体实施方式
[0035]下面将参照上面提及的附图详细描述本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有多方向动态相移的剪切成像和干涉测量传感器，其特征在于包括多方向测量头(23)，所述多方向测量头(23)在一侧与充电或激励模块(24)互连，并且在另一侧与照明激光器(25)互连，所述多方向测量头(23)、所述充电或激励模块(24)和所述照明激光器(25)由固定结构(26)支承。2.根据权利要求1所述的具有多方向动态相移的剪切成像和干涉测量传感器，其特征在于，所述多方向测量头(23)包括数字视频摄像装置(29)、数字摄像装置图像传感器(30)、内部透镜(31)、孔径掩模(32)、光学棱镜(33)和物镜(34)。3.根据权利要求2所述的具有多方向动态相移的剪切成像和干涉测量传感器，其特征在于，所述数字摄像装置图像传感器(30)是CCD或CMOS类型的。4.根据权利要求2所述的具有多方向动态相移的剪切成像和干涉测量传感器，其特征在于是三面光学棱镜(33)...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞尔吉奥，
申请(专利权)人：圣卡塔琳娜州联邦大学，
类型：发明
国别省市：