三维电子散斑干涉全场高精度应变测试系统研究

【摘要】：用于全场变形测量的散斑干涉测量技术(Speckle Pattern Interferometry,SPI)因具有非接触、高精度等优点,而被广泛应用于科研及工程实践之中。然而多样化的需求增加了各类工程结构及其工况的复杂程度,这对相关的测量测试技术提出了更高的要求,例如需要更高的测量精度和更多的测量维度。目前,用于一维和二维变形测量的SPI已相对成熟,但可用于三维变形测量和缺陷检测的SPI尚未完善。针对这些问题,本文研究了可同步、独立且实时地测量物体三维变形的SPI,设计了变形测量的硬件系统,开发了配套的测试分析软件,并为测试过程中所获取的包裹相位图设计了两种降噪算法。本文的主要研究内容及成果如下:1.设计并搭建了一套电子散斑干涉三维变形测量系统。通过对光路布置的优化,系统仅用一个压电陶瓷实现了对三个干涉光路的相移。由于系统内部测量各变形分量的干涉光路互不相关,因此该测量系统具有更佳的抗干扰能力。实验结果验证了该测量系统的可靠性。2.提出了一种双波长全周剪切散斑干涉方法,搭建了可实现全周缺陷检测且对缺陷形态具有良好鲁棒性的硬件系统。其中双波长剪切散斑干涉方法实现了对待测试样的正交双向离面变形梯度的测量。通过在待测物周围设置辅助反射镜,将待测物表面“展开”,实现了全周缺陷检测。实验结果证实了该系统的有效性和实用性。3.提出了以包裹相位图特征为导向的两种降噪方法。依据包裹相位图的条纹走向,并结合正余弦滤波技术,提出了一种可自动选择滤波窗口大小的自适应滤波法。此外还设计了一种同时考虑相位条纹走向和条纹曲率半径的自适应弧窗滤波法。实验结果表明所提的两种算法不仅能保护那些条纹密度变化较大且形状复杂的包裹相位图的相位跳变信息,而且还能有效滤除这类相位图中的散斑噪声。