[发明专利]一种非结构环境下生物材料湿表面应变检测方法

说明书

本发明涉及一种非结构环境下生物材料湿表面应变检测方法，将检测对象置于具有圆弧面容器的液体环境中，利用参考光束照射方向角可调的数字散斑干涉装置通过调节参考光束的方向角，获取其带形变信息的散斑干涉图像，并通过波形保持滤波器对干涉图像进行处理，最后解析出检测对象的形变信息。本发明实现了对不稳定的湿表面的应力进行高精度检测。

技术领域

本发明涉及精密仪器技术领域，特别是涉及一种非结构环境下生物材料湿表面应变检测方法。

背景技术

随着现代工程技术与医学康复技术的不断改进和创新，多功能假肢的设计、材料的选择等研究取得了丰硕的成果，并在现代运动康复医学中得到广泛的应用。但研究如何提升截肢患者或其它整体关节置换患者假肢安装的舒适性、假肢使用寿命等问题，却面临许多重大的问题需要解决。一个重要方面就是如何全面了解坚硬的金属植入物和较柔软骨骼之间生物力学界面的应力分布，以正确估计潜在应力误匹配。掌握这些信息对于假肢患者防止骨质疏松，不重合，界面间隙感染和骨坏死等具有重要的意义。目前虽然可以通过计算机辅助工程软件(CAD)和有限元建模来评估形变和模拟应力应变分布，但是，模型的有效性，需要正确的边界条件和材料特性，更需要进行现场直接测量和验证。由于人体骨骼是不均匀的各向异性材料，加载所引起微小应力形变的三维测量对了解骨骼植入物界面的生物力学特性非常必要。由于测试过程中非结构化测试环境因素的影响，包括生物材料和它们的表层界面的湿润、潮湿导致的水分子的随机运动、测试过程的动态特征以及测试对象界面轮廓结构复杂性特点，传统的检测设备难于能满足这种检测要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种非结构环境下生物材料湿表面应变检测方法，实现对不稳定的湿表面的应力进行高精度检测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种非结构环境下生物材料湿表面应变检测方法，将检测对象置于具有圆弧面容器的液体环境中，利用参考光束照射方向角可调的数字散斑干涉装置通过调节参考光束的方向角，获取其带形变信息的散斑干涉图像，并通过波形保持滤波器对干涉图像进行处理，最后解析出检测对象的形变信息。

在检测前，通过调整参考光束的照射方向角，使CCD成像阵面两个相邻像素的间距为1/3个波长的光程差，同时调整CCD相机镜头的F参数，控制弥散光斑的大小，实现其对三个像素进行覆盖，以满足单帧散斑干涉图像求解出形变的相位信息条件。

所述参考光束的照射方向角α＝arc sin[λ/(3S)]，其中，λ为波长，S为像素直径的大小。

所述液体为磷酸盐缓冲生理盐水溶液。

所述容器的器壁为圆柱面结构，在检测时，使散斑干涉装置处于圆柱面结构的中轴线位置，以尽可能减小由于液体介质折射率不同而导致光程差所引起系统的检测误差。

所述检测对象完全浸没在液体环境中，以克服检测对象在加载过程中，液体表面扰动对散斑图像的干扰。

所述保持滤波器对干涉图像进行处理时具体包括：将一个锯齿波相位图转换为正弦和余弦函数图；用峰-谷滤波器过滤两幅图像；用加权高斯滤波器再次过滤两幅图像；最后将正弦和余弦图像转换为相位图。

有益效果