大视场空间载波数字散斑干涉系统
发布时间：2021-02-07 21:57
传统空间载波型数字散斑干涉技术（SC-DSPI）由于光路结构的限制,视场角很小,导致单次测量面积有限。提出一种大视角SC-DSPI光路,在传统SC-DSPI光路基础上增加4F光学系统进行图像传递,使得光路能够应用短焦镜头进行成像,以扩大测量视场角,从而实现大视场测量。实验结果表明,当测量距离为310 mm时,所提大视场SC-DSPI系统能够实现直径为180 mm物体的全场变形测量,且所得到的相位图质量高,测量效果良好。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(09)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
传统SC-DSPI光路
为了形成稳定的载波频率,光纤出光点与光阑需基本在同一平面内,其位置关系如图2所示。其中R为光纤出光点位置,O为光阑的中心位置,α为载波角度,即参考光入射角,l为光纤与光阑中心之间的距离,d为光阑到相机靶面的距离。为了满足采样定律,消除频谱混叠现象,光阑的孔径尺寸与参考光入射角都需要限制在一定的范围内[19]。当光阑孔径尺寸过大时,截止频率会上升,从而导致频率混叠,频谱无法有效分离;当光阑孔径尺寸较小时,通光量会降低,严重影响物光光能利用率。通常光阑孔径尺寸在满足频谱有效分离的基础上应尽量大。参考光入射角与载波频率相关,过大的入射角会使载波频率超过相机的采样频率,而过小的入射角则会使频谱无法有效分离。参考光入射角的取值范围[19]为
如果将光纤与光阑分开,借助分光棱镜也可以实现参考光与物光的干涉,如图3所示。参考光从分光棱镜一侧反射进入相机,通过调节光纤支架可以调节参考光的照射角度,物光则通过分光棱镜直接进入相机。这种光路虽然方便设置光纤出光点的位置,避免了光纤和光阑之间的位置干涉,但也使光能量损失了1/2,降低了光能利用率。同时为保证被测物成像的完整,分光棱镜的尺寸必须足够大,否则会造成像的缺失,因此需要使用焦距较大的透镜来制造出足够的后截距,为分光棱镜的使用留出足够的空间。在三维SC-DSPI光路中,在相机和光阑之间的光轴上至少按顺序放置2个分光棱镜[20],因此需要具有更长焦距的成像透镜。当透镜焦距过大时,系统依然面临视场角过小的问题。因此,传统SC-DSPI由于光路的特点,只能使用焦距较长的成像透镜,这使测量系统的视场角比较小,难以在有限的工作距离下对大尺寸物体进行测量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电子散斑干涉与数字剪切散斑干涉法的悬臂薄板振动分析[J]. 马银行,蒋汉阳,戴美玲,代祥俊,杨福俊. 光学学报. 2019(04)
[2]基于平滑样条拟合的相位图像滤波评价方法[J]. 赵琪涵,王永红,高新亚,孙方圆,闫佩正,杨连祥. 光学学报. 2018(08)
[3]基于变分图像分解的电子散斑干涉信息提取方法[J]. 唐晨,陈明明,陈霞,李碧原,雷振坤. 光学学报. 2018(03)
[4]空间载波数字散斑干涉光路关键参数研究[J]. 刘凯,吴思进,高新亚,祝连庆,杨连祥. 自动化仪表. 2015(09)
[5]Review of Electronic Speckle Pattern Interferometry（ESPI） for Three Dimensional Displacement Measurement[J]. YANG Lianxiang,XIE Xin,ZHU Lianqing,WU Sijin,WANG Yonghong. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2014(01)
本文编号：3022878
【文章来源】：中国激光. 2020,47(09)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
传统SC-DSPI光路
为了形成稳定的载波频率,光纤出光点与光阑需基本在同一平面内,其位置关系如图2所示。其中R为光纤出光点位置,O为光阑的中心位置,α为载波角度,即参考光入射角,l为光纤与光阑中心之间的距离,d为光阑到相机靶面的距离。为了满足采样定律,消除频谱混叠现象,光阑的孔径尺寸与参考光入射角都需要限制在一定的范围内[19]。当光阑孔径尺寸过大时,截止频率会上升,从而导致频率混叠,频谱无法有效分离;当光阑孔径尺寸较小时,通光量会降低,严重影响物光光能利用率。通常光阑孔径尺寸在满足频谱有效分离的基础上应尽量大。参考光入射角与载波频率相关,过大的入射角会使载波频率超过相机的采样频率,而过小的入射角则会使频谱无法有效分离。参考光入射角的取值范围[19]为
如果将光纤与光阑分开,借助分光棱镜也可以实现参考光与物光的干涉,如图3所示。参考光从分光棱镜一侧反射进入相机,通过调节光纤支架可以调节参考光的照射角度,物光则通过分光棱镜直接进入相机。这种光路虽然方便设置光纤出光点的位置,避免了光纤和光阑之间的位置干涉,但也使光能量损失了1/2,降低了光能利用率。同时为保证被测物成像的完整,分光棱镜的尺寸必须足够大,否则会造成像的缺失,因此需要使用焦距较大的透镜来制造出足够的后截距,为分光棱镜的使用留出足够的空间。在三维SC-DSPI光路中,在相机和光阑之间的光轴上至少按顺序放置2个分光棱镜[20],因此需要具有更长焦距的成像透镜。当透镜焦距过大时,系统依然面临视场角过小的问题。因此,传统SC-DSPI由于光路的特点,只能使用焦距较长的成像透镜,这使测量系统的视场角比较小,难以在有限的工作距离下对大尺寸物体进行测量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电子散斑干涉与数字剪切散斑干涉法的悬臂薄板振动分析[J]. 马银行,蒋汉阳,戴美玲,代祥俊,杨福俊. 光学学报. 2019(04)
[2]基于平滑样条拟合的相位图像滤波评价方法[J]. 赵琪涵,王永红,高新亚,孙方圆,闫佩正,杨连祥. 光学学报. 2018(08)
[3]基于变分图像分解的电子散斑干涉信息提取方法[J]. 唐晨,陈明明,陈霞,李碧原,雷振坤. 光学学报. 2018(03)
[4]空间载波数字散斑干涉光路关键参数研究[J]. 刘凯,吴思进,高新亚,祝连庆,杨连祥. 自动化仪表. 2015(09)
[5]Review of Electronic Speckle Pattern Interferometry（ESPI） for Three Dimensional Displacement Measurement[J]. YANG Lianxiang,XIE Xin,ZHU Lianqing,WU Sijin,WANG Yonghong. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2014(01)
本文编号：3022878
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