实时数字散斑干涉仪及其应用

　　1　引言

　　随着现代工业的迅速发展,精密测试计量和无损检测技术的应用愈来愈广泛和重要。在现有的检测方法中,数字散斑干涉计量术(DSPI)以其全场、非接触、实时的特点,成为最有前途的检测手段之一,是振动分析、变形场测量及无损探伤的一种重要手段,目前已发展形成多种测量方法。但是这些方法在工程实际应用中存一些困难:对测量环境要求高、自动识别困难、体积过大等。近年来,一些先进的光电子器件先后引入DSPI,微机图像数字处理技术的最新发展,给DSPI的信息处理提供了强有力的支持,原有信息处理方法的进一步完善和一些新的处理方法的提出也给DSPI的工程实用化提供了一定的理论基础。

　　针对上述DSPI存在的不足和局限性,利用DSPI的最新成果,从工业测量工程实际需要出发,我们将常规DSPI、剪切DSPI、相移技术、图像处理技术、计算机系统等结合起来,研制开发了一种新型多功能数字散斑干涉计量仪。

　　2　测量原理

　　这种新型数字散斑计量仪的光学系统和总体结构如图1所示。从半导体激光器发出的光经过准直系统(L1)和光强分布校正系统(L2)后,经分光镜(BS)分成两束,一束为物光,另一束为参考光。物光再经扩束系统(L3)扩束后照明被测物体表面形成散斑场。在常规DSPI测量光路中,这个散斑场通过镜头(ZOOM)进入光束合成器(BC1),参考光则经相移器(P1)相移、扩束系统(L4)和光阑(S)后进入BC1中。在此两束光干涉形成干涉散斑场进入CCD;在剪切DSPI测量光路中,这个散斑场进入ZOOM后通过剪切棱镜(BC2)形成剪切干涉散斑场进入CCD,而参考光则被S拦掉。

　　在减模式的DSPI中,分别记录物体变形前后的两幅散斑干涉场,相减并取模,就能得到表征物体变形的相关条纹。设变形前记录的光强为

　　在干涉仪的参考光场中,人为引入一已知的相移量(β),所记录的当前光强为

　　3　总体结构

　　该新型DSPI计量仪主要由光学系统、图像采集与处理系统及计算机控制系统三大部分组成,如图1所示。该仪器设计的基本出发点是:以满足工程实用化的要求为前提,广泛采用光学信息处理方面的最新技术和最新器件,使其具有世界先进水平。

　　3.1　光学系统

　　由光源、准直系统、光强分布校正系统、扩束系统及测量光路等组成。

　　3.1.1　光源

　　采用波长为839 nm的单模大功率半导体激光器作为光源,其相关长度长,波长接近CCD的峰值响应波长(900 nm),功率完全满足DSPI测量需要。

　　3.1.2　准直及光强分布校正系统