一种高精度激光散斑微振动测量系统及测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种高精度激光散斑微振动测量系统，包括成像透镜、分束器、空间光调制器、光探测器及调制器驱动系统，所述成像透镜、分束器、空间光调制器及光探测器依次光连接，所述调制器驱动系统与所述分束器光连接，并输出驱动信号到空间光调制器。本发明采用自适应的空间光调制器代替空间光滤波器，能够根据环境的变换进行自适应调整，使得空间光的透过率随着测量环境的变化而变化，从而提高了测量精度。
【专利说明】一种高精度激光散斑微振动测量系统及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光散斑测振【技术领域】，尤其涉及一种高精度激光散斑微振动测量系统及测量方法。
【背景技术】
[0002]激光散斑微振动测量是一种新兴的微振动测量方法，具有系统简单、操作容易、与被测对象非接触等优点，因此引起了广大研究人员的兴趣。
[0003]激光照射被测物体引起的散斑图案基本是不变的，当被测物体和探测系统距离比较远时，振动引起的散斑的变化通常体现为观测平面的散斑图案的平移。采用空间光滤波器，可以将散斑图案的平移转换为光通量的变化。但是由于散斑图案在不同探测环境下是不同的，如果采用固定的空间光滤波器，测量系统的灵敏度将不能最优，从而影响测量精度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种高精度激光散斑微振动测量系统；本发明同时提供了一种高精度激光散斑微振动测量方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]—种高精度激光散斑微振动测量系统，包括成像透镜、分束器、空间光调制器、光探测器及调制器驱动系统，所述成像透镜、分束器、空间光调制器及光探测器依次光连接，所述调制器驱动系统与所述分束器光连接，并输出驱动信号到空间光调制器。
[0007]优选地，所述调制器驱动系统包括成像装置及控制驱动模块，所述成像装置与所述分束器光连接，并输出散斑图样到控制驱动模块进行处理，所述控制驱动模块输出驱动信号到空间光调制器。
[0008]优选地，所述成像装置采用CXD图像传感器。
[0009]优选地，所述成像透镜、分束器、空间光调制器及光探测器位于同一轴线上。
[0010]优选地，其还包括一与激光光源波长一致的带通滤波器，所述带通滤波器设于所述成像透镜前端的光路上。
[0011]一种高精度激光散斑微振动测量方法，包括以下步骤:
[0012]S1、激光经被测物体散射产生散斑，散斑经成像透镜后由分束器分成两路传播，一路照射到成像装置，另一路照射到空间光调制器；
[0013]S2、调制器驱动系统根据采集到散斑图样生成驱动信号，并维持驱动信号不变，空间光调制器基于驱动信号进行调制，使其对输入光的透过率分布与调制器驱动系统采集到散斑图样的亮暗一致；
[0014]S3、空间光调制器将被测物体振动产生的散斑变化转化为空间光调制器输出光的光通量的变化；
[0015]S4、光探测器将探测到空间光调制器输出光的光通量的变化，并将其转换为光电流的变化；
[0016]S5、根据光电流的变化，计算得出被测物体的微振动信息。
[0017]优选地，其还包括步骤S6，所述步骤S6具体为:根据步骤S5中得到的微振动信息计算信噪比，若信噪比低于预先设定的阈值时，重复步骤S2，对空间光驱动器进行重新调制。
[0018]采用上述技术方案后，本发明与【背景技术】相比，具有如下优点:
[0019]本发明采用自适应的空间光调制器代替空间光滤波器，能够根据环境的变换进行自适应调整，使得空间光的透过率随着测量环境的变化而变化，从而提高了测量精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明测量系统的结构示意图。
[0021]图2为本发明测量方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0023]实施例一
[0024]请参阅图1，本发明公开了一种高精度激光散斑微振动测量系统，包括成像透镜
1、分束器2、空间光调制器3、光探测器4、调制器驱动系统5及带通滤波器6，其中:
[0025]参考图1所示，成像透镜1、分束器2、空间光调制器3及光探测器4依次光连接且位于同一轴线上。
[0026]调制器驱动系统5与分束器2光连接，并输出驱动信号到空间光调制器3。调制器驱动系统5包括成像装置51及控制驱动模块52，成像装置51与分束器2光连接，并输出散斑图样到控制驱动模块52进行处理，控制驱动模块52输出驱动信号到空间光调制器3。在本实施例中，成像装置51采用CCD图像传感器。
[0027]带通滤波器6与激光光源波长一致，其设于成像透镜I前端的光路上，这样可以滤除环境杂散光，增加测量系统的信噪比。
[0028]激光经被测物体散射产生散斑，散斑经成像透镜I后由分束器2分为两路传播，一路照射成像装置51，一方面完成散斑图样的记录，另一方面作为参考散斑图样驱动空间光调制器3 ;另一路照射到空间光调制器3，空间光调制器3将由于被测物体振动产生的光学散斑变化转换为入射在光探测器4上光通量的变化，从而引起光电流的变化，通过对光电流的计算处理最终可以得到被测物体的微振动信息，实现对于微振动的实时高灵敏度、高精度测量。
[0029]实施例二
[0030]请参阅图1和图2，本发明还公开了一种高精度激光散斑微振动测量方法，包括以下步骤:
[0031]S1、激光经被测物体散射产生散斑，散斑经成像透镜I后由分束器2分成两路传播，一路照射到成像装置51，另一路照射到空间光调制器3 ；[0032]S2、调制器驱动系统5根据采集到的散斑图样生成驱动信号，并维持驱动信号不变，空间光调制器3基于调制器驱动系统发出的驱动信号进行调制，使其对输入光的透过率分布与调制器驱动系统5采集到散斑图样的亮暗一致；
[0033]S3、空间光调制器3将被测物体振动产生的散斑变化转化为空间光调制器3输出光的光通量的变化；
[0034]S4、光探测器4将探测到空间光调制器3输出光的光通量的变化，并将其转换为光电流的变化；
[0035]S5、根据光电流的变化，计算得出被测物体的微振动信息。
[0036]S6、根据步骤S5中得到的微振动信息计算信噪比，若信噪比低于预先设定的阈值时，重复步骤S2，对空间光驱动器进行重新调制。
[0037]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种高精度激光散斑微振动测量系统，其特征在于:包括成像透镜、分束器、空间光调制器、光探测器及调制器驱动系统，所述成像透镜、分束器、空间光调制器及光探测器依次光连接，所述调制器驱动系统与所述分束器光连接，并输出驱动信号到空间光调制器。
2.如权利要求1所述的一种高精度激光散斑微振动测量系统，其特征在于:所述调制器驱动系统包括成像装置及控制驱动模块，所述成像装置与所述分束器光连接，并输出散斑图样到控制驱动模块进行处理，所述控制驱动模块输出驱动信号到空间光调制器。
3.如权利要求2所述的一种高精度激光散斑微振动测量系统，其特征在于:所述成像装置采用CXD图像传感器。
4.如权利要求1所述的一种高精度激光散斑微振动测量系统，其特征在于:所述成像透镜、分束器、空间光调制器及光探测器位于同一轴线上。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种高精度激光散斑微振动测量系统,其特征在于:其还包括一与激光光源波长一致的带通滤波器，所述带通滤波器设于所述成像透镜前端的光路上。
6.一种高精度激光散斑微振动测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、激光经被测物体散射产生散斑，散斑经成像透镜后由分束器分成两路传播，一路照射到成像装置，另一路照射到空间光调制器； 52、调制器驱动系统根据采集到散斑图样生成驱动信号，并维持驱动信号不变，空间光调制器基于驱动信号进行调制，使其对输入光的透过率分布与调制器驱动系统采集到散斑图样的売暗一致； 53、空间光调制器将被测物体振动产生的散斑变化转化为空间光调制器输出光的光通量的变化； 54、光探测器将探测到空间光调制器输出光的光通量的变化，并将其转换为光电流的变化； 55、根据光电流的变化，计算得出被测物体的微振动信息。
7.如权利要求6所述的一种高精度激光散斑微振动测量方法，其特征在于，其还包括步骤S6，所述步骤S6具体为:根据步骤S5中得到的微振动信息计算信噪比，若信噪比低于预先设定的阈值时，重复步骤S2，对空间光驱动器进行重新调制。
【文档编号】G01H9/00GK103983341SQ201410213410
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】王程, 王晓忠, 付宏燕, 黄朝红 申请人:厦门大学