基于电子散斑剪切干涉技术的振动检测研究

　　电子散斑剪切干涉技术(Electronic SpeckleShearing Pattern Interferometry ESSPI)是一种综合了激光、视频、电子及数字图像处理等技术的现代光测方法。它可以完成位移、应变、表面缺陷、裂纹检测和流体场、温度场等多种测试，因其通用性强、测量精度高、频率范围宽、测量迅速简便及全场实时测量等优点，近年来获得了快速发展[1]。

　　已有的光学非接触测振方法主要是激光频闪照相法、激光多普勒效应法[2]和电子散斑干涉法等，这些测试方法都具有测量精度和灵敏度高等优点。电子散斑剪切干涉技术相对于其它干涉技术对光源的相干性要求和环境的要求较低，从而有利于工业现场的应用。由于电子剪切散斑干涉术的灵敏度取决于剪切值的大小，因此测量范围可调，相应地扩大了测量范围[3]。杨福俊等[4]提出利用液晶投影仪将单幅散斑图投影到待测物体表面的方法，采用时间序列数字图像相关软件计算离面位移，但系统结构较为复杂。陈炳泉等提出过一种频闪散斑干涉方法，结构较为简单，但需要采用专门的频闪光调制器。

　　本文所采用的电子散斑剪切干涉仪在测量振动时可以采用时间平均法和频闪法两种测量方法。时间平均法用于振动的定性测量及无损检测，该方法的可测面积要远大于频闪法。频闪法用于对振动进行定量检测，通过调整光脉冲在振动周期中的触发位置来检测任意瞬时的振动分布，同时由于脉冲频率与振动频率相等，可以采用相移技术，从而得到离面振动位移梯度的相位分布图。

　　1 电子散斑剪切干涉仪结构

　　电子散斑剪切干涉仪结构如图1所示，为了实现时间平均法和频闪法两种方法的结合，干涉仪的光源采用半导体激光器(LD)，通过控制LD的电源输出一定频率的电脉冲(当频率为零时即为连续电信号)，就可以控制半导体激光器输出相应频率的激光脉冲。LD输出的相干光经过扩束准直后照射在被测物体表面上，被测物可以利用激振器使其振动，相干光被物体反射后进入迈克尔逊干涉仪，此时光被分光棱镜分为两路，再分别被两个反射镜反射，最后经过物镜成像在CCD靶面上。为了形成剪切干涉，需要使其中一个反射镜旋转一个很小的角度，这样就可以使物面上相邻两点的像经过迈克尔逊干涉仪后成像于CCD靶面的同一点上，从而产生了剪切干涉。干涉仪中使用了压电晶体(PZT)用于平移反射镜M1以实现相移，步进电机控制一个旋转反射镜M2来实现剪切。

　　干涉仪利用虚拟仪器软件LabVIEW控制光源脉 冲 和 激 振 信 号 的 同 步 ，所 采 用 的 NI 公 司PCI-6251型数据采集卡是一款高速M系列多功能DAQ板卡，是控制系统的核心硬件，它的作用是输出控制干涉仪所需要的多种波形，产生控制激振器的正弦波、产生脉冲波控制激光器电源输出的电脉冲频率，同时控制压电晶体及步进电机以分别实现相移控制和剪切控制，相应的控制软件由 Lab-VIEW8.5编写。计算机通过图像采集卡接收CCD采集到的散斑图像，并实现图像的同步(与CCD图像采集同步)相减以实时显示散斑条纹图随物体振动的变化情况。