大剪切電子散斑幹涉儀的製作方法
2023-08-09 12:03:06 1
專利名稱：大剪切電子散斑幹涉儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光電子儀器，特別涉及一種大剪切電子散斑幹涉儀。
背景技術：
電子剪切散斑幹涉(Electronic Shearographic Speckle PatternInterferometry，ESSPI)，是計算機圖像處理、雷射及幹涉相結合的一種綜合技術。
電子剪切散斑幹涉儀在光測力學領域應用、研究和教學實驗中用途廣泛，非接觸測量可獲得被測物全場位移梯度(應變)；為有限元提供可靠的邊界條件；可用於結構優化；能應用在細觀力學；殘餘應力測量、複合材料研究。尤其在結構分析及非破壞性檢測上應用廣泛。通過必要的後處理可獲得設計者所需要的信息(數位化)。並且不需要像傳統光力學研究那樣配備暗房、進行顯定影溼處理、繁複搭建光路等，節省了大量工作。
利用大錯位剪切鏡，可以實現電子散斑幹涉(Electronic Speckle PatternInterferometry，ESPI)，測量離面位移。
目前國內生產的電子剪切散斑幹涉儀只能測量離面位移梯度，不能測量離面位移，並且不能實現數位化。
國外生產的一種三維電子散斑幹涉儀的光路圖如圖1所示。該儀器包括照相機31、全反射鏡32、雷射器33等部件，34為被測物，35為測量方向。由圖1可見，該儀器能得到離面位移梯度場的條紋，但由於未引入有效的位相變化裝置，故不能實現時間或空間相移，獲得全場條紋的數位化結果；而且儀器結構複雜，抗振要求高。
發明內容
本實用新型的目的，在於解決現有技術電子剪切散斑幹涉儀存在的上述問題，提供一種可以直接獲得離面位移的幹涉條紋，並可以實現時間和空間相移的大剪切電子散斑幹涉儀。
本實用新型採用的技術方案是一種大剪切電子散斑幹涉儀，包括儀器箱體和安裝在箱體內的雷射器、擴束鏡、大剪切鏡、偏振片和成像機構，擴束鏡安裝在雷射器的光路上，大剪切鏡、偏振片和成像機構順序安裝在被測物的反射光路上；所述的雷射器為固體泵浦綠雷射器。
所述的箱體底座上設有一弧形滑槽，所述的雷射器的前端通過銷釘活動連接在箱體的底座上，其後端通過定位螺釘定位在弧形滑槽上，定位螺釘可沿弧形滑槽移動，雷射器可隨定位螺釘的移動而繞銷釘轉動。
所述的箱體前端設有一套相移實現機構，該機構包括導軌框、導軌、帶內螺紋的外框、帶外螺紋的內框、螺旋測微頭和支緊螺釘；導軌框固定連接在箱體本體上，導軌垂直安裝在導軌框內，外框的內端連接在導軌上可沿導軌上下移動，內框與外框螺紋連接並可作水平移動，螺旋測微頭設置在導軌框上方可調節外框沿導軌作上下移動，支緊螺釘設置在外框的一側可對內框定位；所述的大剪切鏡和偏振片前後安裝在內框中。
所述的成像機構包括CCD電耦合元件、接圈和成像鏡頭，CCD電耦合元件和成像鏡頭同軸連接在接圈的兩端。
所述的擴束鏡為小直徑高折射率的過球面擴束鏡。
所述的箱體下設有四根支撐座，各支撐座下分別連接有磁力表座。
本實用新型大剪切電子散斑幹涉儀由於採用了以上技術方案，使其與現有技術相比，有以下的優點和特點1、由於採用泵浦綠雷射器作為光源，具有體積小、功率大、重量輕、單模輸出、相干長度長、便於攜帶的優點，適用於現場使用，並可裝在防振臺上工作；泵浦綠雷射器產生的雷射波長為532nm，比一般633nm的氦-氖雷射的波長短101nm，可以使測量的靈敏度提高20％；2、具有時間相移功能，可通過相移實現機構的精密旋轉改變剪切方向，可在360度範圍內實現相移；3、具有空間相移功能，可通過相移實現機構的精密螺旋移動實現載波條紋的穩定、直線性及空間頻率可控制，而且重複性好；
4、具有非接觸、高靈敏度、不用暗房和顯定影溼處理，甚至可直接用於現場，便於後處理；為工程結構位移場梯度(應變)的測量和非破壞性檢查提供了一種簡單、小巧的儀器；5、由於採用了小直徑、高折射率的過球面擴束鏡，可使雷射擴散面積較大，在1m處的測量面積為Φ300mm；6、可以直接獲得離面位移梯度場條紋的數位化；所用軟體可以實現計算機自動採集、計算及圖像後處理；7、可以用於教學，使光測實驗力學和物理光學專業的學生對計算機在電子幹涉中的作用有深入的認識，並可以作為碩士和博士研究生從事相關研究的有力工具；8、為FEM(有限元)計算的邊界條件獲得提供了一種有效方法。
圖1為現有技術三維電子散斑幹涉儀的光路圖；圖2為本實用新型大剪切電子散斑幹涉儀的主要結構示意圖；圖3為本實用新型大剪切電子散斑幹涉儀的結構外形圖；圖4為圖3所示大剪切電子散斑幹涉儀的A向視圖；圖5為本實用新型大剪切電子散斑幹涉儀的測量光路圖。
具體實施方式
參見圖2，配合參見圖3、圖4。本實用新型大剪切電子散斑幹涉儀，包括儀器箱體1和安裝在箱體內的雷射器2、擴束鏡3、大剪切鏡4、偏振片5和成像機構6。
箱體1的本體由隔板11分隔成前後兩部分，另外在箱體1本體的前端設有一套相移實現機構12，在箱體1本體的下方設有四根支撐座13，各支撐座下分別連接有磁力表座14。可以將儀器吸附在實驗臺上。
相移實現機構12包括導軌框121、導軌(未圖示)、帶內螺紋的外框122、帶外螺紋的內框123、螺旋測微頭124和支緊螺釘125。導軌框121固定連接在箱體1本體上，導軌垂直安裝在導軌框121內，外框122的內端連接在導軌上可沿導軌上下移動，內框123與外框122螺紋連接，螺旋測微頭124設置在導軌框121上方，支緊螺釘125設置在外框的一側。內框123可以沿水平方向在外框122中伸縮平移，調節與成像部件的距離到合適的位置後，通過支緊螺釘125定位鎖緊；又可以通過螺旋測微頭124的旋轉而上下移動。
雷射器2和擴束鏡3安裝在隔板11的一側，成像機構6安裝在隔板11的另一側。在箱體1本體的底座上設有一弧形滑槽15，雷射器2的前端通過銷釘21活動連接在箱體1的底座上，其後端通過定位螺釘22定位在弧形滑槽15上，定位螺釘22可沿弧形滑槽15移動，雷射器2可隨定位螺釘22的移動而繞銷釘21轉動，以實現對出光的角度調節。擴束鏡3安裝在雷射器2的光路上。大剪切鏡4、偏振片5和成像機構6順序安裝在被測物的反射光路上，其中，大剪切鏡4和偏振片5前後安裝在內框123中。本實用新形中的的雷射器2採用532nm固體泵浦綠雷射器，擴束鏡3採用小直徑高折射率的過球面擴束鏡。成像機構6包括CCD電耦合元件61、接圈62和ZOOM成像鏡頭63，CCD電耦合元件61和ZOOM成像鏡頭63同軸連接在接圈62的兩端。接圈62通過安裝架64固定在箱體1的底座上。
本實用新型的光路可結合圖5說明如下雷射器2發出雷射打在擴束鏡3的中心，被測物7與參考物8放在同一平面上，必須被擴束光均勻籠罩。被測物7與參考物8的中心線是儀器成像部分的中心，如圖5中虛線所示；擴束光在被測物與參考物表面上反射後沿中心線先後經過大剪切鏡4、偏振片5和成像機構6；光信號通過成像機構6後在圖像採集卡中數位化進入計算機處理。
儀器實現時間相移的原理為旋轉螺旋測微頭124，使得外框122沿導軌框121中的導軌作上下移動，這樣內框123及設在內框中的大剪切鏡4和偏振片5隨同外框122一起同步作上下移動，在計算機中觀察條紋變化，螺旋測微頭124每旋轉一個角度就產生一次時間相移。
儀器實現空間相移的原理為旋轉內框123，使其在螺紋導向作用下沿水平方向移動，這時，設在內框中的大剪切鏡4和偏振片5隨同內框123同步平移，在計算機中觀察條紋變化，內框123每旋轉一個角度就產生一定頻率的直線載波條紋，由此實現空間相移。
權利要求1.一種大剪切電子散斑幹涉儀，其特徵在於包括儀器箱體和安裝在箱體內的雷射器、擴束鏡、大剪切鏡、偏振片和成像機構，擴束鏡安裝在雷射器的光路上，大剪切鏡、偏振片和成像機構順序安裝在被測物的反射光路上；所述的雷射器為固體泵浦綠雷射器。
2.如權利要求1所述的大剪切電子散斑幹涉儀，其特徵在於所述的箱體底座上設有一弧形滑槽，所述的雷射器的前端通過銷釘活動連接在箱體的底座上，其後端通過定位螺釘定位在弧形滑槽上，定位螺釘可沿弧形滑槽移動，雷射器可隨定位螺釘的移動而繞銷釘轉動。
3.如權利要求1所述的大剪切電子散斑幹涉儀，其特徵在於所述的箱體前端設有一套相移實現機構，該機構包括導軌框、導軌、帶內螺紋的外框、帶外螺紋的內框、螺旋測微頭和支緊螺釘；導軌框固定連接在箱體本體上，導軌垂直安裝在導軌框內，外框的內端連接在導軌上可沿導軌上下移動，內框與外框螺紋連接並可作水平移動，螺旋測微頭設置在導軌框上方可調節外框沿導軌作上下移動，支緊螺釘設置在外框的一側可對內框定位；所述的大剪切鏡和偏振片前後安裝在內框中。
4.如權利要求1所述的大剪切電子散斑幹涉儀，其特徵在於所述的成像機構包括CCD電耦合元件、接圈和成像鏡頭，CCD電耦合元件和成像鏡頭同軸連接在接圈的兩端。
5.如權利要求1所述的大剪切電子散斑幹涉儀，其特徵在於所述的擴束鏡為小直徑高折射率的過球面擴束鏡。
6.如權利要求1所述的大剪切電子散斑幹涉儀，其特徵在於所述的箱體下設有四根支撐座，各支撐座下分別連接有磁力表座。
專利摘要本實用新型提供了一種大剪切電子散斑幹涉儀，它包括儀器箱體和安裝在箱體內的雷射器、擴束鏡、大剪切鏡、偏振片和成像機構，擴束鏡安裝在雷射器的光路上，大剪切鏡、偏振片和成像機構順序安裝在被測物的反射光路上，其雷射器採用固體泵浦綠雷射器。本實用新型可以直接獲得離面位移的幹涉條紋，可以實現時間和空間相移，並具有體積小、功率大、重量輕、單模輸出、相干長度長、便於攜帶的優點，適用於現場使用，並可裝在防振臺上工作。為工程中測量結構位移場提供了一種高靈敏度、非接觸、全場、數位化的工具。是雷射、精密機械及計算機等高新技術有機結合的產品，填補了我國這一方面的空白。
文檔編號G01B9/02GK2771816SQ20052004032
公開日2006年4月12日 申請日期2005年3月23日 優先權日2005年3月23日
發明者張熹, 陸鵬, 吳君毅, 夏遠富 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所