[发明专利]一种空间载波调制装置

说明书

本发明属于全场干涉类光学测量技术领域，涉及一种空间载波调制装置。本发明装置利用折射率对传播方向的影响，在两个光栅之间安装两个楔形透明介质，通过改变两个透明介质的相对位置来实现调控经过这两个透明介质的光的光程差空间分布，进而实现空间载波调制。本发明可有效地实现在测量光路中施加沿着剪切方向的线性的光程差，解决了CGS方法在测量过程中无法施加载波的技术难题，提高了测量精度和效率。本发明装置通过调整楔形棱镜的倾斜角度来实现施加空间载波，其结构简单，原理简明，且不需要改变原有测量系统光路布置，操作简易，而且适用范围广、经济成本低。

技术领域

本发明属于全场干涉类光学测量技术领域，涉及一种空间载波调制装置。

背景技术

相干梯度敏感干涉(Coherent Gradient Sensing，以下简称CGS)方法是美国国家工程学院(NAE)院士Rosakis等人提出的一种全场干涉类梯度相干测量光学方法，该方法具有的全场、实时、精度高，测量灵敏度高等优点，已经被广泛的应用到原位监测、静动态断裂研究、残余变形测量等领域。高精度的数据处理方法一直是制约着CGS方法发展的重要因素。针对静态测量需求，本申请人的中国专利 (ZL201910937847.5)提出了一种相移数据处理方法，提高了测量精度。然而发展至今，针对动态测量，CGS的数据处理方法尚不成熟。目前针对CGS在动态测量数据提取方法通常采用灰度中心线提取法或者空间相移方法。但前者精度较低且无法处理复杂的变形场，而后者基于时间域的相位调制技术需要通过至少三幅图像才能获取数据，对测量同步要求高且操作复杂。与现有动态测量数据处理技术相比，基于空域的空间载波技术可以只通过一个条纹图就可以给出精准的数据信息，具有成本低、效率高、精度好的特点，是条纹类测量方法中常见的技术之一。而现有CGS 动态测量研究资料显示，针对CGS方法的空间载波调制技术尚发展不足，且市场上缺乏便于操作的CGS空间载波调制装置，这极大地限制了该方法的发展与应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种空间载波调制装置，针对相干梯度敏感干涉方法，对空间载波调制装置进行改进，以提高相干梯度敏感干涉方法的在动态测量中的测量精度和效率。

本发明提出的空间载波调制装置，包括：前光栅、后光栅、前楔形棱镜和后楔形棱镜；所述的前光栅、前楔形棱镜、后楔形棱镜和后光栅同光轴安装；所述的前光栅镶嵌在前光栅升降杆上的前光栅加持架中，所述的前楔形棱镜镶嵌在前棱镜升降杆上的前棱镜加持架中，所述的后光栅镶嵌在后光栅升降杆上的后光栅加持架中，所述的后楔形棱镜镶嵌在后棱镜升降杆上的后棱镜加持架中；所述的前光栅升降杆、前棱镜升降杆、后棱镜升降杆和后光栅升降杆分别安装在固定基座上。

本发明提出的空间载波调制装置，其优点是：

1、本发明的空间载波调制装置，可有效地实现在测量光路中施加沿着剪切方向的线性的光程差，解决了CGS方法在测量过程中无法施加载波的技术难题，提高了测量精度和效率；

2、本发明的针对相干梯度敏感干涉的空间载波调制技术，因其通过调整楔形棱镜的倾斜角度来实现施加空间载波，其结构简单，原理简明，且不需要改变原有测量系统光路布置，操作简易；

3、本发明的针对相干梯度敏感干涉的空间载波调制技术，可以根据需要调节空间载波的条纹频率，适用范围广、经济成本低。

附图说明

图1是本发明设计的空间载波调制装置的结构示意图。

图2是图1所示的空间载波调制装置的工作原理图。

图3是本发明的一个实施例中反射式CGS的光路图。

图4是本发明空间载波调制装置中当θ₄＝8°时光程差沿着剪切方向上的分布图。

图5是使用本发明的空间载波调制装置施加的载波调制条纹图。

图6是在倾斜角分别为0°/4°/8°条件下光程差在剪切方向y上的分布规律。