[发明专利]一种角分复用的数字全息光弹二维应力场实时检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及力学参量测量的技术领域，具体地说是一种双波长照明及双探测器角分复用的数字全息光弹二维应力场实时检测方法。

背景技术

在力学分析中，应力是最基本的力学量，而求解试件的应力场，可以采用理论分析、模拟计算和实验测试的方法，通过实验手段获得试件的应力场是力学研究中非常重要的基础工作。

在二维应力场测试技术中，全息光弹方法采用透射全息照相技术，利用全息干涉不仅能获得反映主应力方向的等倾线、反映主应力差的等差线，而且能测得反映主应力和的等和线，以及反映绝对光程差的等程线，由此试件模型上各点的应力分量就可以通过简单的计算而独立地求得。

但是全息光弹方法中等差线条纹与等和线条纹同时出现，互相影响，不便于测量。目前有一些分离这两组条纹的方法，如双模型法、旋光法和反光干涉法。但是双模型法需要制作两个材料不同，尺寸相同的模型，并在完全相同的条件下进行实验，增加了实验的难度和误差；旋光法需要加入石英旋光器，光路复杂，调整困难，误差大；反光干涉法需要在模型表面涂反射层，光路也很复杂，同时等差线容易变形。此外，传统的全息光弹方法还需要通过连续加载法、补偿法、旋转偏振镜法等确定各种条纹的级数，进一步加大了实验的复杂性。

旋转参考光偏振方向的数字全息光弹二维应力场检测方法，可以直接求解二维应力场，不需要分离等差线条纹与等和线条纹，并且方法简单；但是该方法需要在加载前后分别旋转四次参考光的偏振方向，难以进行变化应力场的实时检测。

可以看出，现有的全息光弹方法或是处理过程复杂，容易引入误差，或是难以进行实时检测，仍不能完全满足二维应力场测试的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能精确实时检测的角分复用的数字全息光弹二维应力场实时检测方法。

本发明的方法包括以下步骤：

(1)光路与传统数字全息光弹类似，但是采用两种不同波长的激光同时照射被测试件，用两个CCD摄像机同时拍摄全息图像；

(2)两种激光的物光光路完全相同，两种激光的物光偏振方向相同；

(3)两种激光的参考光光路不同，各自被分为偏振方向不同的两束光，参考光一共有四束：参考光1、参考光2、参考光3和参考光4，它们的偏振方向各不相同，参考光1和参考光2的波长相同，参考光3和参考光4的波长相同；

(4)将波长不同的参考光1和参考光3导入同一光路，与物光干涉形成全息图，并用1号CCD摄像机拍摄；将波长不同的参考光2和参考光4导入同一光路，与物光干涉形成全息图，并用2号CCD摄像机拍摄；

(5)分别用两个CCD拍摄光弹试件在加载前的全息图像，共获得两幅全息图像；由于每幅图像都是由两组波长不同的激光形成，可以利用角分复用方法让每幅全息图重建两个物光场图像，所以可以得到四幅加载前的物光场图像，它们的参考光偏振方向各不相同；

(6)分别用两个CCD同时拍摄光弹试件在加载时的全息图像，共获得两幅全息图像；同样可以利用角分复用方法让每幅全息图重建两个物光场图像，从而得到四幅加载时的物光场图像，它们的参考光偏振方向各不相同；

(7)加载前后共获得四对物光场图像，各对之间的参考光偏振方向不同。对这四对物光场图像进行傅里叶变换、滤波及反变换，可以获得四个光强方程，这些方程与主应力大小和主应力方向有关。

(8)数值求解这四个光强方程，可以精确获得二维应力场的两个主应力值和主应力方向。

本发明提出的双波长照明及双探测器角分复用数字全息光弹二维应力场实时检测方法，可以精确获得二维应力场的主应力值和主应力方向。具体优点是：a)可以直接求解二维应力场，不需要分离等差线条纹与等和线条纹；b)可以进行变化应力场的实时检测；c)不需要确定条纹级数，减少了实验的难度和误差。

附图说明

图1是双波长照明、双探测器角分复用数字全息光弹方法的光路图。

图1中，1是波长为λ₁的激光，2是半反半透镜，3是1号偏振片，4是半反半透镜，5是2号偏振片，6是反射镜，7是波长为λ₂的激光，8是半反半透镜，9是3号偏振片，10是半反半透镜，11是4号偏振片，12是半反半透镜，13是反射镜，14是半反半透镜，15是反射镜，16是扩束镜，17是准直镜，18是物光偏振片，19是试件模型，20是成像透镜，21是扩束镜，22是准直镜，23是半反半透镜，24是反射镜，25是半反半透镜，26是1号CCD摄像机，27是扩束镜，28是准直镜，29是半反半透镜，30是2号CCD摄像机。