专利名称：双脉冲数字散斑瞬态测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种数字散斑干涉测量技术，具体涉及基于双脉冲激光器的瞬态散斑测量技术，属于数 字散斑干涉测量领域。
背景技术：
数字散斑干涉测量是对全场位移和应变进行量化分析的光测方法，它的基本原理是通过比较试件变形前后表面散斑图的变化，来获得位移和应变场等力学信息。目前在数字散斑测量方面的研究主要集中在稳态上，即通常意义的静态、准静态及离面稳态振动，稳态方法处理对象是干涉图像的平均效应，无法得到某一瞬时的振动形貌，也无法获得振动相位信息。对数字散斑干涉系统而言，传统上采用连续激光器作为光源及采集图像速度低的散斑系统，采集两幅分离的散斑图的时间间隔至少为20ms，只适用于测量物体变化相对较慢且外界干扰小的情况。在瞬态散斑测量方面，彭翔等人在文献《双脉冲数字散斑干涉测量系统的实验研究》(中国激光，vol 9，n5，pp847-851，1996.)中介绍了一种基于脉冲ND: YAG激光系统的数字散斑干涉技术，设计并实现了物体与脉冲激光触发以及CCD图像获取的同步控制，但其脉冲间隔只有￠50 800) u S，测量微小瞬时形貌存在一定差距。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有数字散斑测量技术存在的不足，提供一种适用于测量瞬态振动位移的双脉冲数字散斑瞬态测量装置及方法。本发明的目的是通过下述技术方案实现的。一种双脉冲数字散斑瞬态测量装置，包括双脉冲激光器、光路系统、图像采集系统、同步控制器及瞬态散斑数据处理器。所述图像采集系统包括目镜和双曝光相机。一种双脉冲数字散斑瞬态测量方法为双脉冲激光器发出波长为532nm的双脉冲激光到达光路系统；光路系统对双脉冲激光进行空间滤波、扩束和准直后，将该光束分为一路测量光和一路参考光，测量光和参考光分别入射到被测表面和参考表面上发生散射；然后测量光的散射光和参考光的散射光在光路系统中汇合发生干涉，干涉光线到达图像采集系统的目镜，经目镜的汇聚后，到达双曝光相机。同步控制器控制双脉冲激光器和双曝光相机同步开启，并根据双脉冲激光器的闪光灯与开关开启时间之间的延时及双脉冲间隔时间，控制双曝光相机分别抓拍到连续两个脉冲光照亮被测表面的两个瞬间的图片，并将得到的两张图片发送到瞬态散斑数据处理器。瞬态散斑数据处理器对双曝光相机发送来的两张图片进行处理后，得到需要的全场瞬态振动位移分布。所述瞬态散斑数据处理器对双曝光相机发送来的两张图片进行处理，得到需要的全场瞬态振动位移分布的具体过程为第I步对所述两张图片进行图像相减处理，得到瞬态散斑条纹图；第2步采用正交小波变换滤波方法对瞬态散斑图像噪声进行滤波；
第3步采用条纹中心线法提取包含在瞬态散斑条纹中的位相信息，从而获得瞬态振动位移场及瞬时振动形貌。有益效果与传统技术相比，本发明具有突出的优点和显著的效果1、同步控制器精确同步控制双脉冲激光器及双曝光相机的同步工作，能检测到物体在(2 1000) u s时间间隔内结构表面瞬时振动形貌的测量。2、采用瞬态散斑数据处理器得到信噪比高的瞬态散斑条纹图，能定量分析物体表面瞬时振动形貌。3、系统使用简单方便，具有能够测量复杂表面的全场振动、结构动态分析和瞬态过程等优点。
图1是本发明具体实施例中所述双脉冲数字散斑瞬态测量装置的结构示意图；其中，1-双脉冲激光器、2-光路系统、3-被测表面、4-参考表面、5-目镜、6-双曝光相机、7-图像采集系统、8-同步控制器、9-瞬态散斑数据处理器。
具体实施例方式为了更好的说明本发明的技术方案，下面结合附图，通过I个实施例，对本发明做
进一步说明。一种双脉冲数字散斑瞬态测量装置，如图1所示，包括双脉冲激光器I、光路系统
2、图像采集系统7、同步控制器8及瞬态散斑数据处理器9。所述图像采集系统7包括目镜5和双曝光相机6。其工作过程为双脉冲激光器I发出波长为532nm的双脉冲激光到达光路系统2 ;光路系统2对双脉冲激光进行空间滤波、扩束和准直后，将该光束分为一路测量光和一路参考光，测量光和参考光分别入射到被测表面3和参考表面4上发生散射；然后测量光的散射光和参考光的散射光在光路系统2中汇合发生干涉，干涉光线到达图像采集系统7的目镜5，经目镜5的汇聚后，到达双曝光相机6。同步控制器8控制双脉冲激光器I和双曝光相机6同步开启，并根据双脉冲激光器I的闪光灯与开关开启时间之间的延时及双脉冲间隔时间，控制双曝光相机6分别抓拍到连续两个脉冲光照亮被测表面3的两个瞬间的图片，并将得到的两张图片发送到瞬态散斑数据处理器9。瞬态散斑数据处理器9对双曝光相机6发送来的两张图片进行处理后，得到需要的全场瞬态振动位移分布。所述瞬态散斑数据处理器9对双曝光相机6发送来的两张图片进行处理，得到需要的全场瞬态振动位移分布的具体过程为第I步对所述两张图片进行图像相减处理，得到瞬态散斑条纹图；第2步采用正交小波变换滤波方法对瞬态散斑图像噪声进行滤波；第3步采用条纹中心线法提取包含在瞬态散斑条纹中的位相信息，从而获得瞬态振动位移场及瞬时振动形貌。
权利要求
1.一种双脉冲数字散斑瞬态测量装置，其特征在于其包括双脉冲激光器(I)、光路系统(2)、图像采集系统(7)、同步控制器(8)及瞬态散斑数据处理器(9)。
2.如权利要求I所述的一种双脉冲数字散斑瞬态测量装置，其特征在于所述图像采集系统(7)包括目镜(5)和双曝光相机(6)。
3.—种双脉冲数字散斑瞬态测量方法，其特征在于具体为双脉冲激光器(I)发出波长为532nm的双脉冲激光到达光路系统(2);光路系统(2)对双脉冲激光进行空间滤波、扩束和准直后，将该光束分为一路测量光和一路参考光，测量光和参考光分别入射到被测表面(3)和参考表面(4)上发生散射；然后测量光的散射光和参考光的散射光在光路系统(2)中汇合发生干涉，干涉光线到达图像采集系统(7)的目镜(5)，经目镜(5)的汇聚后，到达双曝光相机(6);同步控制器⑶控制双脉冲激光器⑴和双曝光相机(6)同步开启，并根据双脉冲激光器(I)的闪光灯与开关开启时间之间的延时及双脉冲间隔时间，控制双曝光相机(6)分别抓拍到连续两个脉冲光照亮被测表面(3)的两个瞬间的图片，并将得到的两张图片发送到瞬态散斑数据处理器(9);瞬态散斑数据处理器(9)对双曝光相机(6)发送来的两张图片进行处理后，得到需要的全场瞬态振动位移分布。
4.如权利要求3所述的一种双脉冲数字散斑瞬态测量方法，其特征在于所述瞬态散斑数据处理器(9)对双曝光相机(6)发送来的两张图片进行处理，得到需要的全场瞬态振动位移分布的具体过程为 第I步对所述两张图片进行图像相减处理，得到瞬态散斑条纹图； 第2步采用正交小波变换滤波方法对瞬态散斑图像噪声进行滤波； 第3步采用条纹中心线法提取包含在瞬态散斑条纹中的位相信息，从而获得瞬态振动位移场及瞬时振动形貌。
全文摘要
本发明公开了双脉冲数字散斑瞬态测量装置及方法，属于数字散斑干涉测量领域。它包括双脉冲激光器、光路系统、同步控制器、图像采集系统和瞬态散斑数据处理器。其主要特征是采用双脉冲激光器和双曝光相机分别作为光源和光电接收系统，同步控制器的精确时序控制激光器和相机的同步工作；采用瞬态散斑数据处理器实现可调时间间隔内结构表面瞬时振动形貌的测量。本发明具有非接触、高分辨率、全场同时测量及精确获取物体瞬态振动形貌等优点，在武器装备中复杂结构、微小结构、薄壁结构的动态特性分析和瞬态过程测量中有着不可或缺的应用价值。
文档编号G01H9/00GK102980520SQ20121050927
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者温聚英, 张大治, 王晶晶, 薛景峰 申请人:中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所