专利名称：大剪切电子散斑干涉仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光电子仪器，特别涉及一种大剪切电子散斑干涉仪。
背景技术：
电子剪切散斑干涉(Electronic Shearographic Speckle PatternInterferometry，ESSPI)，是计算机图像处理、激光及干涉相结合的一种综合技术。
电子剪切散斑干涉仪在光测力学领域应用、研究和教学实验中用途广泛，非接触测量可获得被测物全场位移梯度(应变)；为有限元提供可靠的边界条件；可用于结构优化；能应用在细观力学；残余应力测量、复合材料研究。尤其在结构分析及非破坏性检测上应用广泛。通过必要的后处理可获得设计者所需要的信息(数字化)。并且不需要像传统光力学研究那样配备暗房、进行显定影湿处理、繁复搭建光路等，节省了大量工作。
利用大错位剪切镜，可以实现电子散斑干涉(Electronic Speckle PatternInterferometry，ESPI)，测量离面位移。
目前国内生产的电子剪切散斑干涉仪只能测量离面位移梯度，不能测量离面位移，并且不能实现数字化。
国外生产的一种三维电子散斑干涉仪的光路图如图1所示。该仪器包括照相机31、全反射镜32、激光器33等部件，34为被测物，35为测量方向。由图1可见，该仪器能得到离面位移梯度场的条纹，但由于未引入有效的位相变化装置，故不能实现时间或空间相移，获得全场条纹的数字化结果；而且仪器结构复杂，抗振要求高。
发明内容
本实用新型的目的，在于解决现有技术电子剪切散斑干涉仪存在的上述问题，提供一种可以直接获得离面位移的干涉条纹，并可以实现时间和空间相移的大剪切电子散斑干涉仪。
本实用新型采用的技术方案是一种大剪切电子散斑干涉仪，包括仪器箱体和安装在箱体内的激光器、扩束镜、大剪切镜、偏振片和成像机构，扩束镜安装在激光器的光路上，大剪切镜、偏振片和成像机构顺序安装在被测物的反射光路上；所述的激光器为固体泵浦绿激光器。
所述的箱体底座上设有一弧形滑槽，所述的激光器的前端通过销钉活动连接在箱体的底座上，其后端通过定位螺钉定位在弧形滑槽上，定位螺钉可沿弧形滑槽移动，激光器可随定位螺钉的移动而绕销钉转动。
所述的箱体前端设有一套相移实现机构，该机构包括导轨框、导轨、带内螺纹的外框、带外螺纹的内框、螺旋测微头和支紧螺钉；导轨框固定连接在箱体本体上，导轨垂直安装在导轨框内，外框的内端连接在导轨上可沿导轨上下移动，内框与外框螺纹连接并可作水平移动，螺旋测微头设置在导轨框上方可调节外框沿导轨作上下移动，支紧螺钉设置在外框的一侧可对内框定位；所述的大剪切镜和偏振片前后安装在内框中。
所述的成像机构包括CCD电耦合元件、接圈和成像镜头，CCD电耦合元件和成像镜头同轴连接在接圈的两端。
所述的扩束镜为小直径高折射率的过球面扩束镜。
所述的箱体下设有四根支撑座，各支撑座下分别连接有磁力表座。
本实用新型大剪切电子散斑干涉仪由于采用了以上技术方案，使其与现有技术相比，有以下的优点和特点1、由于采用泵浦绿激光器作为光源，具有体积小、功率大、重量轻、单模输出、相干长度长、便于携带的优点，适用于现场使用，并可装在防振台上工作；泵浦绿激光器产生的激光波长为532nm，比一般633nm的氦-氖激光的波长短101nm，可以使测量的灵敏度提高20％；2、具有时间相移功能，可通过相移实现机构的精密旋转改变剪切方向，可在360度范围内实现相移；3、具有空间相移功能，可通过相移实现机构的精密螺旋移动实现载波条纹的稳定、直线性及空间频率可控制，而且重复性好；
4、具有非接触、高灵敏度、不用暗房和显定影湿处理，甚至可直接用于现场，便于后处理；为工程结构位移场梯度(应变)的测量和非破坏性检查提供了一种简单、小巧的仪器；5、由于采用了小直径、高折射率的过球面扩束镜，可使激光扩散面积较大，在1m处的测量面积为Φ300mm；6、可以直接获得离面位移梯度场条纹的数字化；所用软件可以实现计算机自动采集、计算及图像后处理；7、可以用于教学，使光测实验力学和物理光学专业的学生对计算机在电子干涉中的作用有深入的认识，并可以作为硕士和博士研究生从事相关研究的有力工具；8、为FEM(有限元)计算的边界条件获得提供了一种有效方法。
图1为现有技术三维电子散斑干涉仪的光路图；图2为本实用新型大剪切电子散斑干涉仪的主要结构示意图；图3为本实用新型大剪切电子散斑干涉仪的结构外形图；图4为图3所示大剪切电子散斑干涉仪的A向视图；图5为本实用新型大剪切电子散斑干涉仪的测量光路图。
具体实施方式
参见图2，配合参见图3、图4。本实用新型大剪切电子散斑干涉仪，包括仪器箱体1和安装在箱体内的激光器2、扩束镜3、大剪切镜4、偏振片5和成像机构6。
箱体1的本体由隔板11分隔成前后两部分，另外在箱体1本体的前端设有一套相移实现机构12，在箱体1本体的下方设有四根支撑座13，各支撑座下分别连接有磁力表座14。可以将仪器吸附在实验台上。
相移实现机构12包括导轨框121、导轨(未图示)、带内螺纹的外框122、带外螺纹的内框123、螺旋测微头124和支紧螺钉125。导轨框121固定连接在箱体1本体上，导轨垂直安装在导轨框121内，外框122的内端连接在导轨上可沿导轨上下移动，内框123与外框122螺纹连接，螺旋测微头124设置在导轨框121上方，支紧螺钉125设置在外框的一侧。内框123可以沿水平方向在外框122中伸缩平移，调节与成像部件的距离到合适的位置后，通过支紧螺钉125定位锁紧；又可以通过螺旋测微头124的旋转而上下移动。
激光器2和扩束镜3安装在隔板11的一侧，成像机构6安装在隔板11的另一侧。在箱体1本体的底座上设有一弧形滑槽15，激光器2的前端通过销钉21活动连接在箱体1的底座上，其后端通过定位螺钉22定位在弧形滑槽15上，定位螺钉22可沿弧形滑槽15移动，激光器2可随定位螺钉22的移动而绕销钉21转动，以实现对出光的角度调节。扩束镜3安装在激光器2的光路上。大剪切镜4、偏振片5和成像机构6顺序安装在被测物的反射光路上，其中，大剪切镜4和偏振片5前后安装在内框123中。本实用新形中的的激光器2采用532nm固体泵浦绿激光器，扩束镜3采用小直径高折射率的过球面扩束镜。成像机构6包括CCD电耦合元件61、接圈62和ZOOM成像镜头63，CCD电耦合元件61和ZOOM成像镜头63同轴连接在接圈62的两端。接圈62通过安装架64固定在箱体1的底座上。
本实用新型的光路可结合图5说明如下激光器2发出激光打在扩束镜3的中心，被测物7与参考物8放在同一平面上，必须被扩束光均匀笼罩。被测物7与参考物8的中心线是仪器成像部分的中心，如图5中虚线所示；扩束光在被测物与参考物表面上反射后沿中心线先后经过大剪切镜4、偏振片5和成像机构6；光信号通过成像机构6后在图像采集卡中数字化进入计算机处理。
仪器实现时间相移的原理为旋转螺旋测微头124，使得外框122沿导轨框121中的导轨作上下移动，这样内框123及设在内框中的大剪切镜4和偏振片5随同外框122一起同步作上下移动，在计算机中观察条纹变化，螺旋测微头124每旋转一个角度就产生一次时间相移。
仪器实现空间相移的原理为旋转内框123，使其在螺纹导向作用下沿水平方向移动，这时，设在内框中的大剪切镜4和偏振片5随同内框123同步平移，在计算机中观察条纹变化，内框123每旋转一个角度就产生一定频率的直线载波条纹，由此实现空间相移。
权利要求1.一种大剪切电子散斑干涉仪，其特征在于包括仪器箱体和安装在箱体内的激光器、扩束镜、大剪切镜、偏振片和成像机构，扩束镜安装在激光器的光路上，大剪切镜、偏振片和成像机构顺序安装在被测物的反射光路上；所述的激光器为固体泵浦绿激光器。
2.如权利要求1所述的大剪切电子散斑干涉仪，其特征在于所述的箱体底座上设有一弧形滑槽，所述的激光器的前端通过销钉活动连接在箱体的底座上，其后端通过定位螺钉定位在弧形滑槽上，定位螺钉可沿弧形滑槽移动，激光器可随定位螺钉的移动而绕销钉转动。
3.如权利要求1所述的大剪切电子散斑干涉仪，其特征在于所述的箱体前端设有一套相移实现机构，该机构包括导轨框、导轨、带内螺纹的外框、带外螺纹的内框、螺旋测微头和支紧螺钉；导轨框固定连接在箱体本体上，导轨垂直安装在导轨框内，外框的内端连接在导轨上可沿导轨上下移动，内框与外框螺纹连接并可作水平移动，螺旋测微头设置在导轨框上方可调节外框沿导轨作上下移动，支紧螺钉设置在外框的一侧可对内框定位；所述的大剪切镜和偏振片前后安装在内框中。
4.如权利要求1所述的大剪切电子散斑干涉仪，其特征在于所述的成像机构包括CCD电耦合元件、接圈和成像镜头，CCD电耦合元件和成像镜头同轴连接在接圈的两端。
5.如权利要求1所述的大剪切电子散斑干涉仪，其特征在于所述的扩束镜为小直径高折射率的过球面扩束镜。
6.如权利要求1所述的大剪切电子散斑干涉仪，其特征在于所述的箱体下设有四根支撑座，各支撑座下分别连接有磁力表座。
专利摘要本实用新型提供了一种大剪切电子散斑干涉仪，它包括仪器箱体和安装在箱体内的激光器、扩束镜、大剪切镜、偏振片和成像机构，扩束镜安装在激光器的光路上，大剪切镜、偏振片和成像机构顺序安装在被测物的反射光路上，其激光器采用固体泵浦绿激光器。本实用新型可以直接获得离面位移的干涉条纹，可以实现时间和空间相移，并具有体积小、功率大、重量轻、单模输出、相干长度长、便于携带的优点，适用于现场使用，并可装在防振台上工作。为工程中测量结构位移场提供了一种高灵敏度、非接触、全场、数字化的工具。是激光、精密机械及计算机等高新技术有机结合的产品，填补了我国这一方面的空白。
文档编号G01B9/02GK2771816SQ20052004032
公开日2006年4月12日 申请日期2005年3月23日 优先权日2005年3月23日
发明者张熹, 陆鹏, 吴君毅, 夏远富 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所