[发明专利]基于激光散斑干涉的振动试验三维变形测量装置及方法

说明书

一种基于激光散斑干涉的振动试验三维变形测量装置，其特征在于：包括高速相机1、激光器2、斩波器7，激光器2发出的光经分光镜A3分出光束A，后又经分光镜B4分出光束B，后又经分光镜C5分成光束C和光束D。斩波器7通过电机带动圆形叶片绕中心轴旋转，5个出光口一组，每组间隔90°，且∠A＝∠B＝∠C＝15°其中光束A为x向和z向的共用光束，经X1出光口出射；光束B为z向测量光束，经Z出光口出射；光束C为y向测量光束，经Y出光口出射；光束D为x向测量光束，经X2出光口出射。

技术领域

本发明属于测量装置领域，具体涉及一种基于激光散斑干涉的振动试验三维变形测量装置及方法。

背景技术

目前振动试验的测量，主要限于单点位置测量，由于测量方法的关系，全场变形测量多为静态测量。主要有以下几种：通过激光测振仪实现单点单方向的动态测量；通过应变片实现单方向变形的静态及动态测量；通过相位散斑干涉实现的静态测量。

激光测振仪大多采用外差测量技术，是基于激光多普勒原理通过测量物体表面反射回的激光光波的多普勒频移进而确定该测点的振动速度。由于该方法的测量光是点光源，而且只敏感光束传播方向的速度，因此只能实现单点单方向的测量，不能实现全场三维变形的测量。

应变片的工作原理是基于金属丝的电阻应变效应,即金属丝电阻随机械变形而改变的物理现象，通过应变片进行变形量测量时，通过测量线路将电阻的变化再转换成电压或电流的变化。该方法同样是只能实现其敏感方向的应变场，所以无法实现全场三维测量。

相位散斑干涉测量基于激光散斑干涉原理，并通过压电陶瓷(PZT)相移器施加附加相位，采用多步相移法计算物体变形相位，通过变形量与相位的对应关系可得出应变场，该方法采用多步相移法，因此采集多个时刻的图像才能够解算一幅应变场，只能实现静态测量。

但振动试验中提出需要对被测件在振动过程中的全场三维形变进行测量，在变形场测量的基础上,可以对试件进行应变、应力分析以及强度和刚度分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光散斑干涉的振动试验三维变形测量装置及方法,克服现有技术手段在振动变形测量上的缺陷，改进散斑干涉测量方法，利用双次曝光法、搭建三维散斑干涉光路、采用斩波器实现光束分时选通，实现振动条件下三维形变场的快速测量。

本发明的技术方案如下：一种基于激光散斑干涉的振动试验三维变形测量装置，包括高速相机、激光器、斩波器，建立坐标系，其中z向为垂直于高速相机的方向，指向高速相机为正；x向为水平方向，y向由右手法则确定；原点为被测件的表面中心，光器发出的光经分光镜A分出光束A，后又经分光镜B分出光束B，后又经分光镜C分成光束C和光束D，其中，

光束A为x向和z向共用的测量光，后又经斩波器、反光镜F、反光镜G、反光镜H、反光镜I、扩束镜C投射到被测件表面，经漫反射由高速相机成像；

光束B为z向的测量光，后又经斩波器7、反光镜E13、反光镜C11、扩束镜B投射到被测件表面，经漫反射由高速相机成像；

光束C为y向的测量光，后又经斩波器、反光镜B，投射到垂直方向，经水平光路分光后得到光束C投射到反光镜B8上，光束C由分光镜D分为光束E和光束F，光束E经反光镜J、扩束镜D投射到被测件表面；光束F经反光镜K、扩束镜E投射到被测件表面。两束光在被测件表面形成散斑干涉，由高速相机成像；

光束D为x向的测量光，后又经反光镜A、斩波器、反光镜D、扩束镜A投射到被测件表面，经漫反射由高速相机成像；

斩波器7通过电机带动圆形叶片绕中心轴旋转，5个出光口一组，每组间隔90°，且∠A2＝∠B2＝∠C2＝15°其中光束A为x向和z向的共用光束，经X1出光口出射；光束B为z向测量光束，经Z出光口出射；光束C为y向测量光束，经Y出光口出射；光束D为x向测量光束，经X2出光口出射。