散斑干涉測量技術作為一種全場、高精度、非接觸式的現(xiàn)代光學測量方法,在物體三維變形測量、應變分析和無損檢測等方面有著廣泛應用。傳統(tǒng)的散斑干涉三維變形或應變測量系統(tǒng)通常采用分步測量,但對于形變不可重復的物體,往往要求測量系統(tǒng)能夠實現(xiàn)三維變形和應變的同步測量。針對以上問題,本文提出了一種基于散斑干涉的三維變形和應變同步測量方法,對該方法技術原理進行了研究與探討,并搭建實驗系統(tǒng)驗證了測量的可行性。同時,采用單光源分光型數(shù)字散斑干涉三維變形測量的方案,進行了散斑干涉測量系統(tǒng)儀器化的設計與研究。本文的具體研究工作如下:（1）對散斑干涉測量技術的基本原理進行了介紹,推導了三維變形與相位變化的關系,對散斑干涉中的相位提取技術、相位圖像處理技術進行了研究與分析。（2）對相位圖像處理中的解包裹算法進行了研究,介紹了相位解包裹的基本原理與數(shù)學模型,編程實現(xiàn)了幾種典型的相位解包裹算法,并對其性能進行了實驗對比。（3）提出一種基于散斑干涉的三維變形和應變同步測量方法,使用不同波段的三種激光器作為光源,使用彩色相機采集散斑干涉圖像,從單幅彩色散斑干涉圖中提取不同照明方向的相位信息,解算出物體的三維變形和三維應變信... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

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剪切散斑干涉相位條紋圖

第二章散斑干涉測量技術基礎13122π21cossin1cossiπnwuwu(2.23)因此，相位變化x與面內(nèi)水平方向形變量u的關系可以表示為：4sinxu(2.24)當光源置于YOZ平面，相機置于z軸時，同理可得相位變化y與面內(nèi)豎直方向形變量v的關系：4sinyv(2.25)2.1.4剪切散斑干涉系統(tǒng)剪切散斑干涉技術也是散斑干涉測量技術的一種，在原理上與數(shù)字散斑干涉系統(tǒng)類似，可直接測量物體變形的導數(shù)，即應變信息。剪切散斑測量技術產(chǎn)生的相位條紋圖呈現(xiàn)蝴蝶斑狀，且相對于數(shù)字散斑干涉系統(tǒng)而言，測量過程中不需要參考光，并且對振動等干擾不像數(shù)字散斑干涉系統(tǒng)那樣敏感，因此在無損檢測等領域有著廣泛的應用。圖2.5是典型的剪切散斑干涉相位條紋圖，圖2.6是剪切散斑技術對層壓板進行缺陷檢測的結果。圖2.5剪切散斑干涉相位條紋圖圖2.6層壓板缺陷檢測結果Fig2.5PhasefringepatternofshearographyFig2.6Testresultsoflaminatedefects剪切散斑干涉系統(tǒng)光路如圖2.7所示。該系統(tǒng)又稱為邁克爾遜剪切散斑干涉系統(tǒng)，其基本原理如下：激光器發(fā)出的光經(jīng)擴束鏡擴束后照射被測物體，在物體表面發(fā)生漫反射，反射光到達分光棱鏡后分為兩束，分別經(jīng)反射鏡1和反射鏡2反射后回到分光棱鏡，匯合后到達CCD相機的靶面。通過調(diào)整反射鏡2的角度引入一個剪切量，使經(jīng)該反射鏡的光到達相機靶面后與另一束光在空間位置上有一個微小的偏移，表現(xiàn)為兩個相互錯位的物像。CCD相機采集這兩束錯位物光形成的散斑干涉常

合肥工業(yè)大學學術碩士研究生學位論文18技術需要分別采集物體變形前后的四幅圖像進行相位提取，而PZT的控制和圖像的采集在理論上都需要消耗相應的時間，因此四步相移技術只能進行靜態(tài)測量，而不適用于動態(tài)、快速測量，這也是大部分時間相移技術存在的缺陷。圖2.11散斑干涉相位條紋圖Fig2.11Thephasefringepatternofspeckleinterference2.2.2空間載波相移技術空間載波法是散斑干涉測量中另外一種常用的相位提取技術。1982年，Tekeda等人首次提出傅里葉變換法[45](FourierTransformMethod,FTM)。1996年，PedriniG等人將基于傅里葉變換的空間載波相移方法用于散斑干涉測量[46]。空間載波法的基本原理是通過引入一個載波頻率對干涉場進行線性載波調(diào)制，使得干涉相位信息與背景光在頻譜上分離，通過傅里葉變換的方法提取相應頻譜信息，獲得相位分布。圖2.12是基于空間載波技術的散斑干涉系統(tǒng)原理圖。激光器出射的光分為兩束：物光和參考光。物光經(jīng)擴束后到達被測物體表面，后經(jīng)光闌和成像透鏡進入CDD相機。參考光通過耦合透鏡引入光纖，調(diào)整光纖的位置和角度，將參考光引入CCD。兩者在相機靶面發(fā)生干涉并由相機以光強的形式記錄。物光波前可以表示為：,,exp,OOOuxyuxyixy(2.35)參考光的波前可以表示為：11,,exp22RRxyuxyuxyifxify(2.36)式中，,Oxy為物光的相位分布，1xf和1yf分別表示在X、Y方向上的空間頻率分量，即11sinxxf，11sinyyf，1x和1y分別為參考光在水平方向和豎直方向上的分量與觀測方向之間的夾角[47]。

【參考文獻】：
期刊論文
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[7]三坐標測量機的發(fā)展趨勢[J]. 張國雄.  中國機械工程. 2000(Z1)
[8]動態(tài)云紋干涉法測量應變場[J]. 佟景偉,李鴻琦.  力學學報. 1989(02)

博士論文
[1]數(shù)字散斑干涉三維變形測量系統(tǒng)及其應用研究[D]. 顧國慶.南京航空航天大學 2013

碩士論文
[1]電子散斑干涉及位移場分離[D]. 高秀梅.山東師范大學 2007



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