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本文主要研究电子散斑剪切-相移干涉术在变形检测和振动检测方面的应用。研究了电子散斑剪切干涉术和相移干涉术的原理,两种技术结合设计了多功能电子散斑剪切-相移干涉仪,该仪器可应用于变形和振动的检测,也可用于无损检测技术。
设计完成了电子散斑剪切-相移干涉仪的光学、机械、电路及软件系统。该仪器可一次性检测大小为220mm×165mm(长×宽)矩形物面的变形和振动,可直接得到由变形或振动引起的离面位移的梯度(沿剪切方向)分布,即沿剪切方向的应变分布,干涉仪对离面位移梯度的理论分辨率与剪切量成反比关系,在绿光照明条件下,选取剪切量为5mm,采用电子散斑剪切干涉术测量物体变形时对离面位移梯度的理论分辨率为2.66×10-5,采用电子散斑剪切-相移干涉术测量物体变形时对离面位移梯度的理论分辨率为1.07×10-7。
论文的主要创新点为:
1.建立了电子散斑剪切-相移干涉术数学模型。根据统计光学理论,分析了电子散斑剪切-相移干涉术检测物体变形和振动的原理,并建立了相应的数学模型。
2.使电子剪切散斑干涉术和相移干涉术相结合,实现了多功能电子散斑剪切-相移干涉仪。包括:仪器的光学结构、机械结构及其控制系统。该干涉可应用于变形和振动检测,也可用于无损检测技术。
3.设计并实现了闭环控制精密相移系统。该系统采用压电陶瓷驱动的柔性铰链微平移机构带动相移反射镜实现无摩擦、无间隙的高精度微相移,为了抑制压电陶瓷驱动器的非线性效应所带来的定位误差,采用闭环控制方法,以电容微位移传感器作为微位移反馈元件,并通过单片机系统实现闭环控制。
4.针对电子散斑剪切干涉条纹图的图像处理,建立了均值滤波和小波变换相结合的组合滤波方法。可以消除条纹图中的散斑噪声,最终得到电子散斑剪切干涉条纹的二值化图像及其边缘分布图。