[发明专利]微结构模态分析声激励频域光学相干层析检测装置及方法

权利要求书

1.一种微结构模态分析声激励频域光学相干层析检测装置，其特征在于，包括：声激励模块、干涉仪模块和光栅光谱仪模块；

所述声激励模块包括相连接的函数信号发生器和扬声器；

在所述干涉仪模块中，沿光源出光方向依次设置有第三凸透镜和分光镜，所述分光镜在第三凸透镜的对侧依次设置有第一凸透镜和微结构夹具；所述扬声器设置在微结构夹具的旁侧；所述分光镜垂直于第三凸透镜和第一凸透镜方向的左侧依次设置有第二凸透镜和第一反射镜；

在所述光栅光谱仪模块中，第二反射镜设置在所述分光镜垂直于第三凸透镜和第一凸透镜方向的右侧；反射光栅设置在所述第二反射镜的反射出光方向上；沿所述反射光栅的反射出光方向依次设置有柱透镜和高速线阵相机。

2.根据权利要求1所述的微结构模态分析声激励频域光学相干层析检测装置，其特征在于：待检测的微结构样品设置在所述微结构夹具上，所述扬声器设置在微结构样品旁侧且不与微结构样品接触。

3.根据权利要求2所述的微结构模态分析声激励频域光学相干层析检测装置，其特征在于：所述光源为卤钨光源，所述第三凸透镜的出光为平行光。

4.根据权利要求3所述的微结构模态分析声激励频域光学相干层析检测装置，其特征在于：所述第一凸透镜和第二凸透镜的焦距相同；所述平行光经分光镜分成样品臂光束和参考臂光束后分别通过第一凸透镜和第二凸透镜聚焦到达微结构样品和第一反射镜表面，样品臂光束和参考臂光束的光程差在光源相干长度范围内。

5.根据权利要求4所述的微结构模态分析声激励频域光学相干层析检测装置，其特征在于：所述高速线阵相机的感光元件设置在柱透镜的焦点上。

6.根据权利要求1所述的微结构模态分析声激励频域光学相干层析检测装置，其特征在于：所述高速线阵相机连接计算机。

7.根据权利要求6所述微结构模态分析声激励频域光学相干层析检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：设置声激励模块以产生不同幅值和频率的声波信号激励微结构样品产生振动；

步骤S2：调整微结构样品和第一反射镜的位置，使经过分光镜分光后的两束光的光程差在光源相干长度范围内，获得干涉平行光；

步骤S3：干涉平行光进入光栅光谱仪模块中，经反射光栅将平行光按波长色散开，再由柱透镜聚焦到高速线阵相机的感光元件上，其中，高速线阵相机的曝光时间和采样频率由计算机控制；

步骤S4：通过高速线阵相机将采集到的干涉光谱信号输入至计算机中，再采用图像处理软件进行数据存储和处理；

步骤S5：对高速线阵相机存储的二维干涉图中的每一行干涉光谱信号进行傅里叶变换，并通过波长标定算法和频谱校正算法对傅里叶变换后的频域干涉光谱信号的峰值频率进行精确校正，通过校正后的峰值频率随时间的变化关系获得微结构样品振动时域曲线，即还原出振动信号。

8.根据权利要求7所述的微结构模态分析声激励频域光学相干层析检测装置的检测方法，其特征在于：在步骤S5中，所述干涉光谱信号的密度随微结构振动的数学变化关系为：

其中式中λ是光源的波长，t是时间，n为介质中的折射率，空气中n=1，和分别为对应t时刻参考臂和样品臂光束的光强，为系统初始光程差，为微结构样品振动产生的额外光程差；

采用波长标定算法对采集到的干涉光谱信号按线性化的波数空间进行插值重采样，各像素点对应的波长公式为：

其中和分别对应相机感光元器件探测波长的最大值和最小值，向量A为相邻两像素点间的波长变化量；

采用快速傅里叶变换算法对插值重采样后的t时刻光谱干涉信息进行处理，得到t时刻峰值频率，再采用离散频谱相位差校正法对峰值频率进行精确的校正，通过峰值频率随时间的变化关系，获得微结构样品振动时域曲线即还原出振动信号。