專利名稱：：微機(jī)調(diào)控激光干涉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光-機(jī)-電和計(jì)算機(jī)一體化的激光干涉、計(jì)算機(jī)調(diào)控和處理的材料力學(xué)性能和工程構(gòu)件強(qiáng)度測(cè)試以及宏觀/細(xì)觀力學(xué)研究?jī)x器?，F(xiàn)有的云紋干涉儀和電子散斑儀測(cè)試技術(shù)或者具有較高的靈敏度(云紋儀)，或者具有較大的測(cè)試面積(散斑儀)，但都只有相對(duì)單一功能。美國(guó)IBM公司94年推出的手提式工程云紋干涉儀1(PortableEngineeringmoireinterferometer即PEMI)測(cè)試靈敏度只有2400線/毫米一種，且不可調(diào)，并由四部分組成，需現(xiàn)場(chǎng)組裝，限于實(shí)驗(yàn)室使用。我國(guó)清華大學(xué)工程力學(xué)系98年推出的<宏觀/細(xì)觀云紋干涉儀>2的性能基本上與PEMI相同，靈敏度需人工調(diào)節(jié)。申請(qǐng)人94年推出的發(fā)明專利<微機(jī)調(diào)控云紋干涉儀>3，提供了光機(jī)電和計(jì)算機(jī)一體化、便于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的新型儀器。它實(shí)現(xiàn)了不同測(cè)試靈敏度即不同頻率虛光柵的小步距、大范圍微機(jī)調(diào)節(jié)，并且有處理和判斷功能。它可在正常光照的情況下工作，不需要專用防震臺(tái)，其測(cè)試光柵頻率為500線/毫米～3000線/毫米，至測(cè)試對(duì)象距離可達(dá)1100毫米。但上述專利限于射出準(zhǔn)直光情況下工作，因此其一次測(cè)試面積受準(zhǔn)直鏡尺寸的限制，只能進(jìn)行云紋干涉法測(cè)試，無電子散斑法，特別是無測(cè)離面位移功能；其二次分光系統(tǒng)共使用三個(gè)分光鏡，造成儀器體積較大，成本增加。而現(xiàn)有電子散斑儀4只能進(jìn)行電子散斑或電子剪切散斑測(cè)試，沒有微機(jī)調(diào)控功能。本發(fā)明不僅具有微機(jī)調(diào)控干涉云紋儀的某些優(yōu)異功能，而且進(jìn)一步將微機(jī)調(diào)控功能擴(kuò)大至準(zhǔn)直光與擴(kuò)束光的變換，分光鏡分光與光柵分光5的變換，實(shí)現(xiàn)將云紋干涉法測(cè)試功能擴(kuò)大至兼可做電子散斑干涉法面內(nèi)和離面位移測(cè)試，提高一次可測(cè)面積，同時(shí)減少光學(xué)元件，大幅度縮小儀器體積，降低成本。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作原理如附圖所示(該圖亦為說明書摘要附圖)。微機(jī)調(diào)控激光干涉儀設(shè)有激光器(1)，擴(kuò)束鏡(2)，準(zhǔn)直鏡(3)，分光鏡/反光鏡(4)，正交光柵(5)，反射鏡組(6)、(7)，驅(qū)動(dòng)線路板(8)，步進(jìn)和變速系統(tǒng)(9)，攝像機(jī)(10)以及微機(jī)(11)、反射鏡(13)等。將上述部件除微機(jī)(11)和反射鏡(13)外，組裝在一個(gè)封閉的多層框架(12即附圖中點(diǎn)劃線部分，它可以阻止散射光的進(jìn)入)內(nèi)。激光器(1)發(fā)出的激光束經(jīng)擴(kuò)束鏡(2)和準(zhǔn)直鏡(3)，可成為準(zhǔn)直光或擴(kuò)束光，其變換是由(8)、(9)調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡(2)位置實(shí)現(xiàn)的。光束照射至(4)的反光鏡部分，反射到正交光柵(5)時(shí)，可分為上、下、左、右出射的四光束，分別照射到反射鏡(6)、(7)，再反射到測(cè)試對(duì)象(14)。當(dāng)光束為準(zhǔn)直光，且測(cè)試表面預(yù)制有正交光柵時(shí)，可進(jìn)行云紋干涉法測(cè)試。當(dāng)光束為準(zhǔn)直光或擴(kuò)束光，測(cè)試表面為無光柵有反射散斑功能物體時(shí)，可進(jìn)行電子散斑面內(nèi)位移測(cè)試。用擴(kuò)束光時(shí)其一次測(cè)試面積可大幅度增加。當(dāng)光束照射至(4)的分光鏡部分時(shí)，擴(kuò)束光經(jīng)分光鏡反射的一束垂直射向測(cè)試物，透射的一束經(jīng)反射鏡組(6)射向參考光反射鏡(13)，再射向攝象機(jī)(10)接收，可進(jìn)行離面位移測(cè)試。調(diào)節(jié)反射鏡組(6)、(7)的出射角度，可以改變測(cè)試靈敏度(即虛光柵頻率或散斑條紋節(jié)距)。上述(2)、(4)、(6)、(7)的小步距、大范圍調(diào)節(jié)，是由微機(jī)控制，通過(8)、(9)實(shí)現(xiàn)的。由于射向測(cè)試對(duì)象的光束是由同一激光器(1)和件(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)發(fā)射的，它們都安裝在同一框架(12)內(nèi)，其振源基本相同，故對(duì)環(huán)境或機(jī)體振動(dòng)不敏感。本發(fā)明不但有微型調(diào)控干涉云紋儀的某些相似功能，如實(shí)現(xiàn)測(cè)試靈敏度小步距(每步為柵頻的0.01％～0.06％)、大范圍(100線/毫米～3000線/毫米)的微機(jī)調(diào)節(jié)、正常光照(150勒克斯，即200瓦電燈照度)和亞動(dòng)態(tài)環(huán)境(≤50次/秒振動(dòng))下干涉云紋測(cè)試，而且實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)直光和擴(kuò)束光變換和正交光柵/分光鏡分光的微機(jī)調(diào)節(jié)變換，同時(shí)具有用高靈敏度云紋干涉法測(cè)兩維面內(nèi)位移和用電子散斑法測(cè)大面積面內(nèi)和離面位移以及電子采集幾何云紋的功能。配套使用的圖象卡(分辨率可達(dá)1024×768或1024×1024)軟件包可凍結(jié)、存儲(chǔ)圖象或?qū)崟r(shí)相減，并可進(jìn)行保持邊緣濾波，錐形濾波，非線性邊緣檢測(cè)，多種二值化、細(xì)化處理，以及自動(dòng)掃描、提取位移、應(yīng)變、應(yīng)力或應(yīng)力強(qiáng)度因子等物理量，自動(dòng)打印分布圖和數(shù)據(jù)表格，免除了一系列繁瑣、費(fèi)時(shí)的人工處理和暗室操作。使用1000次/秒攝象機(jī)時(shí)，可用于相應(yīng)振動(dòng)測(cè)試。儀器的主體部分體積為0.56×0.62×0.40，為通常同類實(shí)驗(yàn)裝置的1/12左右，是微機(jī)調(diào)控干涉云紋儀的1/2。本儀器不僅可在教學(xué)、科研單位應(yīng)用于工程和生物材料、多層或正交復(fù)合材料等的力學(xué)性能宏觀/細(xì)觀測(cè)試與研究中，而且可廣泛應(yīng)用于實(shí)際機(jī)械、建筑等工程構(gòu)件的強(qiáng)度測(cè)試、危險(xiǎn)部位監(jiān)控；還可應(yīng)用于高壓或高溫的石油管道等的測(cè)試和監(jiān)控，復(fù)合材料、橡膠、焊接質(zhì)量的無損檢測(cè)和評(píng)估；采用脈沖激光器和高速攝象機(jī)時(shí)，還可應(yīng)用于動(dòng)態(tài)的沖擊、振動(dòng)測(cè)試。參考文獻(xiàn)1.CompactPortableDiffractionMoireInterferometer.專利號(hào)US485069362.戴福隆，劉杰，宏觀/細(xì)觀云紋干涉儀，<現(xiàn)代力學(xué)測(cè)試技術(shù)>，華南理工大學(xué)出版社，1998.11，P2333.發(fā)明專利公報(bào)，G01N21/25，G01N3/00，公開號(hào)CN1114746A，1996.1.10，中華人民共和國(guó)專利局，p76，及<發(fā)明專利證書>，第40808號(hào)，中華人民共和國(guó)專利局，1998.4.234.何世平等，電子散斑干涉和Video全息干涉，<實(shí)驗(yàn)力學(xué)>，Vol.5，No.4，1990，P3875.AlbertS.Kobayashi，DanielPost，<HANDBOOKONEXPERIMENTALMECHANICS>，PRENTICE-HALL，INC，1987，p358權(quán)利要求1.微機(jī)調(diào)控激光干涉儀，設(shè)置激光器(1)，擴(kuò)束鏡(2)，準(zhǔn)直鏡(3)，分光鏡/反光鏡(4)，正交光柵(5)，反射鏡組(6)、(7)，驅(qū)動(dòng)線路板(8)，步進(jìn)和變速系統(tǒng)(9)，攝像機(jī)(10)以及微機(jī)(11)等，其特點(diǎn)是由微機(jī)發(fā)出指令，經(jīng)(8)、(9)可使(2)前后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直光或擴(kuò)束光變換；使(6)、(7)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正交虛光柵頻率或測(cè)試靈敏度的小步距、大范圍及初始云紋和載波云紋的調(diào)節(jié)；通過(4)實(shí)現(xiàn)分光鏡或正交光柵分光的變換，即測(cè)離面位移或兩向面內(nèi)位移的變換。2.按照權(quán)利要求1所述的微機(jī)調(diào)控激光干涉儀，其特征是微機(jī)(11)內(nèi)裝有步進(jìn)及變速系統(tǒng)的專用線路卡、圖象采集卡及配套使用的軟件包，可發(fā)出指令或接收信號(hào)，并作出反饋指令。3.按照權(quán)利要求1所述的微機(jī)調(diào)控激光干涉儀，除微機(jī)(11)和小反光鏡(13)外，全部組裝在一個(gè)封閉的框架(12)內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)正常光照和亞動(dòng)態(tài)下測(cè)試以及微機(jī)遙控。全文摘要本發(fā)明屬光機(jī)電和計(jì)算機(jī)一體化的儀器，可用于云紋干涉法、電子散斑法和電子幾何云紋法正常光照下亞動(dòng)態(tài)測(cè)試，體積小成本低。設(shè)置激光器1，擴(kuò)束鏡2，準(zhǔn)直鏡3，分光鏡/反光鏡4，正交光柵5，反射鏡組6、7，驅(qū)動(dòng)線路板8，步進(jìn)和變速系統(tǒng)9，攝像機(jī)10以及微機(jī)11、反射鏡13等。除11和13外，組裝在一個(gè)封閉的多層框架12內(nèi)。14為測(cè)試對(duì)象。由11驅(qū)動(dòng)8、9使擴(kuò)束鏡2移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)束光和準(zhǔn)直光的變換；驅(qū)動(dòng)4實(shí)現(xiàn)光柵分光和分光鏡分光的變換；驅(qū)動(dòng)6、7實(shí)現(xiàn)測(cè)試靈敏度的小步距大范圍調(diào)節(jié)，初始或載波云紋的調(diào)節(jié)；有微機(jī)處理、判斷功能，用于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、焊接質(zhì)量、電子封裝延壽研究，層間缺陷檢測(cè)，工程、生物和復(fù)合材料力學(xué)性能測(cè)試研究。文檔編號(hào)G01N3/00GK1435683SQ02104819公開日2003年8月13日申請(qǐng)日期2002年1月29日優(yōu)先權(quán)日2002年1月29日發(fā)明者羅至善申請(qǐng)人:羅至善,劉文玉,天津大學(xué)北洋科技開發(fā)公司