[发明专利]一种基于空间相移的散斑干涉烧蚀测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于空间相移的散斑干涉烧蚀测量系统及方法，该系统包括：激光器、准直扩束单元、分束单元、载物面、参考面、第一成像透镜、参考光透镜、测量臂孔径、参考臂孔径、合束单元、第二成像透镜和面阵相机单元；激光器发出的相干光经准直扩束后，分光到测量臂和参考臂中，在两臂中分别安放一个独立的可调孔径，引入可调节的空间相移，两臂合束并汇聚在面阵相机单元处形成干涉，可通过从空间相移上定量求解烧蚀模型的变化量；本发明的技术方案具有适应风洞极端环境的工作能力，降低了散斑干涉测量系统对测量环境的要求，提高了测量的精度。

技术领域

本发明涉及光电检测技术领域，尤其涉及一种基于空间相移的散斑干涉烧蚀测量系统及方法。

背景技术

随着高超声速飞行器的迅猛发展，飞行马赫数更高，飞行器外形结构日益复杂，对材料及结构在极端条件下的变形测量有迫切需求。散斑干涉技术作为一种光学无损测量手段，被大量应用于工业生产中。然而风洞试验中的烧蚀模型测量将会面对高温、高马赫数和自发光等方面的极端试验条件，要求散斑干涉中的相移装置具有极高的时间分辨率，或能实现实时测量。目前，常规的散斑干涉测量系统相移调制性能有限，不能达到如此苛刻条件下的时间分辨测量要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种基于空间相移的散斑干涉测量系统及方法，以提高对极端条件的测量能力，实现风洞试验中的烧蚀模型测量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于空间相移的散斑干涉烧蚀测量系统，包括：

激光器、准直扩束单元、分束单元、载物面、参考面、第一成像透镜、参考光透镜、测量臂孔径、参考臂孔径、合束单元、第二成像透镜和面阵相机单元；其中，

所述激光器用于提供激光；

所述准直扩束单元用于将所述激光器出射的激光进行准直扩束后，入射所述分束单元；

所述分束单元用于将入射的激光分束，分束后，一路为测量臂，入射用于设置待测物的载物面后反射，依次穿过所述第一成像透镜、所述测量臂孔径，入射所述合束单元，另一路为参考臂，入射参考面后反射，依次穿过所述参考光透镜、所述参考臂孔径，入射所述合束单元；

所述合束单元用于将入射的两路激光合束，合束后激光穿过所述第二成像透镜，汇聚成像在所述面阵相机单元处，形成散斑干涉图；

且所述测量臂孔径和所述参考臂孔径为孔径大小可调的独立孔径，孔径中心相对于穿过的激光光束中心偏移量不同，用于引入空间相移。

可选地，所述第一成像透镜与所述参考光透镜焦距相同，且到所述第二成像透镜的光程相同，所述测量臂孔径位于所述第一成像透镜的后焦面处，所述参考臂孔径位于所述参考光透镜的后焦面处。

可选地，所述第一成像透镜、所述参考光透镜分别与所述第二成像透镜构成4f光学系统。

可选地，所述分束单元的分束光强比为1:1。

可选地，所述参考面为漫射面，材质与待测物相同。

可选地，测量臂中，激光垂直入射待测物表面。

可选地，所述分束单元为分束立方体，所述合束单元为合束立方体；

所述分束立方体用于将入射的激光分束，分束后，一路为测量臂，经所述分束立方体的透反面反射后出射，垂直入射待测物后反射，依次穿过所述分束立方体、所述第一成像透镜、所述测量臂孔径，再经反射镜转向，入射所述合束立方体，并透射穿过所述合束立方体；

另一路为参考臂，经所述分束立方体的透反面透射后出射，入射参考面后反射，依次穿过所述参考光透镜、所述参考臂孔径，入射所述合束立方体，并在所述合束立方体的透反面上反射，与透射的一路合束。