[发明专利]一种用于三维振动测量的光纤点衍射装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种用于三维振动测量的光纤点衍射装置及测量方法，包括：光路模块，产生初始光并分成若干束偏振光至出射端；被测物体，连接光路模块出射端；高速CCD探测器，采集由出射端光信号产生的干涉信息；计算机，连接高速CCD探测器，处理采集的信息。方法包括S01：高速CCD探测器采集由光路模块出射产生的干涉图；S02：对干涉图进行傅里叶变换得到频谱图；S03：将频谱图处理后得到被测物体的相位信息图及被测物体实时三维坐标值；S04：多次采样并处理计算，得到被测物体的振动情况。本发明不仅实现了三维方向上的连续动态测量，而且测量精度高，外界因素对其干扰小。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其是涉及一种用于三维振动测量的光纤点衍射装置及测量方法。

背景技术

目前在研究物体振动上主要有两种方法：其一是利用传感器来直接接受振动信号来展开对物体振动特性的研究，而另一种则是利用光学干涉的方法。但利用传感器来测量振动的方法虽然结构简单，成本低，但缺陷在于测量范围局限在一维方向上，并不能实现三维的测量，且传感器的使用时较容易受到外界的干扰，例如温度、抖动等，另一种光学干涉测量方法对于一些较难提取的信号能有较好的提取但是缺陷在于结构复杂，不能实现振动的连续测量。在三维测量上光纤点衍射测量装置是一较为成熟的技术，目前国内外已公开的点衍射干涉系统中，基本都是采用普通相机来采集干涉图，随后利用移相算法得到干涉场的包裹信息，并根据干涉场相位分布建立数学模型，最后采用智能优化算法求解三维坐标，但是点衍射测量装置中由于采用的是普通相机，它的帧率问题以及自身的特性使得现有的多步移相干涉测量系统不足以支持连续的动态测量。

公开号CN108801438A的发明申请公开了一种振动信号测量装置，所述梁的静电激励振动装置由交流信号源、静电驱动极板、底板、悬臂梁、侧板、声波、开关和导线组成；所述光电探测器信号探测装置由支撑圆环块、衍射光栅、衍射光、入射光、衍射级、衬底、光电探测器和导电薄膜组成；悬臂梁在交流信号激励作用下产生受迫振动；振动时会产生声波，声波薄膜振动，利用衍射光与反射光发生干涉效应，检测梁的振动。

现有技术存在测量精确度低，结构复杂，成本较高的问题，且无法实现连续的动态测量。

发明内容

为了解决现有技术存在的振动测量技术难以实现三维方向上的测量和点衍射干涉仪难以实现对被测物体连续的动态测量的问题，本发明提供一种用于三维振动测量的光纤点衍射装置及测量方法，采用高帧率的CCD相机，在较短的时间间隔内得到更多的干涉图，不仅实现了三维方向上的连续动态测量，而且测量精度高，外界因素对其干扰小。

以下是本发明的技术方案。

一种用于三维振动测量的光纤点衍射装置，包括：光路模块，产生初始光并分成若干束偏振光至出射端；被测物体，连接光路模块出射端；高速CCD探测器，采集由出射端光信号产生的干涉信息；计算机，连接高速CCD探测器，处理采集的信息。高速CCD探测器可在极短的时间间隔内得到更多的干涉图，实现动态连续的测量效果，与点衍射干涉仪相结合满足连续动态三维测量，点衍射干涉仪连续产生于振动信息相对应的相位信息并被高速CCD探测器采集，两者配合实现振动量的测量，而高速CCD探测器也扩大了点衍射测量系统的测量范围。

作为优选，所述光路模块包括：激光器、偏振片、偏振分光棱镜、半波片、耦合器I、亚波长孔径单模光纤、四分之一波片、反射镜、耦合器II、亚波长孔径单模光纤II以及测量探头；测量探头与亚波长孔径单模光纤I和亚波长孔径单模光纤II的出射端口组成出射端，激光器发出的光经过偏折片射入偏振分光棱镜，分成透射光p和反射光s，透射光p经过半波片射入光纤耦合器II，在亚波长孔径单模光纤II出射端口产生点衍射球面波前W2，反射光s经过四分之一波片，射入反射镜，反射后，依次经过四分之一波片和偏振分光棱镜射入光纤耦合器I，在亚波长孔径单模光纤I出射端口产生点衍射球面波前W1，其中测量探头连接被测物体。