[发明专利]一种基于三波长照明光源的光弹性应力测量系统与方法

权利要求书

1.一种基于三波长照明光源的光弹性应力测量方法，其特征在于，应用基于三波长照明光源的光弹性应力测量系统进行测量，所述基于三波长照明光源的光弹性应力测量系统包括：

图像获取模块(11)，包括三波长面光源(10)，在所述三波长面光源(10)出射光线的传播路径上依次设有起偏器(2)、检偏器(8)、成像透镜(6)和光电探测器(9)，用于分别获取波长λ₁、波长λ₂和波长λ₃光源照明待测样品(5)消除背景光的条纹强度分布；

主应力差计算模块(12)，用于采集图像获取模块(11)获得的图像条纹强度分布并求解待测样品(5)的主应力差；

主应力方向计算模块(13)，用于采集图像获取模块(11)获得的图像条纹强度分布并求解待测样品(5)主应力方向；

所述基于三波长照明光源的光弹性应力测量方法包括如下步骤：

步骤一：使起偏器(2)与检偏器(8)正交，在波长λ₁的光源照明下，获取消除背景光影响后的归一化条纹强度分布Img₁；在波长λ₂的光源照明下，获取消除背景光影响后的归一化条纹强度分布Img₂；在波长λ₃的光源照明下，获取消除背景光影响后的归一化条纹强度分布Img₃；使起偏器(2)与检偏器(8)夹角为45°，在波长λ₂的光源照明下，获取消除背景光影响后的条纹强度分布Img₄，在波长λ₃的光源照明下，获取消除背景光影响后的条纹强度分布Img₅；使起偏器(2)与检偏器(8)正交且同步转动45°，在波长λ₂的光源照明下，获取消除背景光影响后的条纹强度分布Img₆，在波长λ₃的光源照明下，获取消除背景光影响后的条纹强度分布Img₇；

步骤二：采集步骤一获得的图像条纹强度分布，运用傅里叶变换、低通滤波和相位解包裹技术求解待测样品(5)的主应力差σ(x,y)；

步骤三：采集步骤一获得的图像条纹强度分布，运用相位解包裹技术求解待测样品(5)的主应力方向θ；

所述步骤二中的运用傅里叶变换、低通滤波和相位解包裹技术求解待测样品(5)的主应力差σ(x,y)，具体包括如下步骤：

Step1.在三个波长的照明光源下，消除背景光影响后的归一化条纹强度分布分别为：

其中，c为材料的应力光学系数，为已知常数，t为待测样品(5)的厚度，为可测常数；

Step2.分别对Img₁、Img₂、Img₃使用倍角公式得到I₁(x,y)、I₂(x,y)、I₃(x,y)：

Step3.将I₂(x,y)分别与I₁(x,y)以及I₃(x,y)在同一条纹级次处进行比较，得到arccos[I₂(x,y)]增减性的范围，将arccos[I₂(x,y)]增减性的转折部分初步区分开，分别得到两幅具有跳跃间断点且仍含有部分转折部分的图像{arccos[I₂(x,y)]}₂₁及{arccos[I₂(x,y)]}₂₃；

Step4.通过Step3中得到的{arccos[I₂(x,y)]}₂₁与{arccos[I₂(x,y)]}₂₃对误差曲线区间进行计算，并将误差区间内的值赋为0，得到函数{arccos[I₂(x,y)]}₂₃₀；

Step5.对{arccos[I₂(x,y)]}₂₃₀进行傅里叶变换得到其频谱分布，选取通频带进行低通滤波，并将滤波结果采用逆傅里叶变换转换为空域信息，记为{arccos[I₂(x,y)]}₂₃₀′；

Step6.通过判断{arccos[I₂(x,y)]}₂₃₀′中误差曲线段值的正负，构造翻转判断矩阵，记为L(x,y)，将L(x,y)与{arccos[I₂(x,y)]}₂₃相乘，使得{arccos[I₂(x,y)]}₂₃的误差得到修正，得到仅具有跳跃间断点的图像{arccos[I₂(x,y)]}₂₃′；

Step7.对{arccos[I₂(x,y)]}₂₃′采用相位解包裹算法进行相位去包裹处理，可拼接出条纹强度分布，记为{arccos[I₂(x,y)]}_23F，即[arccos(1-2Img₂)]_23F；

所述待测样品(5)的主应力差σ(x,y)满足如下关系式：

所述步骤三中运用相位解包裹技术求解待测样品(5)的主应力方向θ包括如下过程：

其中，I₂₀、I₃₀分别表示波长λ₂与波长λ₃照明时的照明光强；

所述待测样品(5)的主应力方向θ满足如下关系式：对θ采用相位解包裹算法得到待测样品(5)主应力方向。