本發(fā)明涉及一種微推力測量系統(tǒng)，尤其涉及在電推進(jìn)領(lǐng)域?qū)ζ湮⑼屏?shí)時(shí)測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，國內(nèi)對(duì)電推進(jìn)推力器的微推力和微沖量的高精度測量，比較常見是基于單擺、倒立擺、扭擺等推力測量系統(tǒng)。其中，基于倒立擺原理的電磁天平測量沖量時(shí)，存在嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移，電磁天平平衡位置不穩(wěn)定也導(dǎo)致了測量精度較差，因此，一般只能用來定性或半定量分析。

相對(duì)而言，采用扭擺測量推力或沖量具有較高的精確度和敏感性，扭擺的歷史可追溯到1798年卡文迪許為了測量重力加速度常數(shù)而發(fā)明的扭秤。隨著對(duì)扭擺測量裝置的不斷改進(jìn)，其測量范圍變得更加廣泛，c.phipps等人設(shè)計(jì)了一種采用靜態(tài)標(biāo)定的扭擺，來測量激光燒蝕微推力器產(chǎn)生的納牛秒量級(jí)的沖量。盡管扭擺測量系統(tǒng)具有如此優(yōu)點(diǎn)，但是其只能對(duì)推力器產(chǎn)生的平均推力和沖量進(jìn)行測量，難以解決涉及到推力器瞬時(shí)推力的問題。

現(xiàn)階段測量瞬時(shí)推力應(yīng)用較為廣泛的主要是壓電式傳感器，包括壓電晶體、壓電陶瓷以及pvdf(聚偏二氟乙烯)壓電傳感器，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)⒋郎y推力轉(zhuǎn)換為電壓，可以精確測量變化的推力，并且具有響應(yīng)快、靈敏度高以及結(jié)構(gòu)簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是壓電式傳感器的工作環(huán)境要求苛刻，易受到電推力器工作過程中電磁場的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確或測量無法正常進(jìn)行。

動(dòng)態(tài)光彈性是實(shí)驗(yàn)固體力學(xué)中一種基本的模型試驗(yàn)方法，利用光學(xué)靈敏材料受力后能產(chǎn)生暫時(shí)雙折射現(xiàn)象的特性制成光彈性元件，當(dāng)施加連續(xù)載荷時(shí)，元件各點(diǎn)的應(yīng)力發(fā)生變化，相應(yīng)條紋也會(huì)發(fā)生不同程度的變形，此時(shí)，通過采用高速攝影技術(shù)記錄元件的條紋變化過程，進(jìn)而得到應(yīng)力變化過程，最終可以反推出推力的變化規(guī)律。動(dòng)態(tài)光彈性法由于具有直觀性和瞬時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于諸如碰撞、沖擊以及爆破等過程中結(jié)構(gòu)應(yīng)力的動(dòng)態(tài)相應(yīng)分析。

傳統(tǒng)的推力測量裝置主要是用來測量推力器的平均推力和沖量，而瞬態(tài)推力的測量方法相對(duì)較少，對(duì)于高精度的測量手段也一直比較匱乏，比較常見的推力/沖量測量臺(tái)架包括單擺、倒立擺、扭擺等。研究中，曾采用基于倒立擺原理的電磁天平進(jìn)行了推力器的微沖量測量，但由測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)電磁天平存在嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移。電磁天平平衡位置不穩(wěn)定，導(dǎo)致測量精度難以保證，一般只能用來定性或半定量分析。目前微推力器能夠輸出的元沖量從亞un·s到數(shù)百μn·s之間。微推力器產(chǎn)生的沖量一般比較小，其量級(jí)為un·s到mn·s之間。盡管毫牛秒或牛秒量級(jí)的微沖量比較容易測量，然而，隨著微沖量的降低，納牛秒和微牛秒微沖量的準(zhǔn)確測量則變得十分困難。而脈沖等離子體推力器產(chǎn)生的沖量一般為微牛秒量級(jí)?；诩す鉄g固體工質(zhì)產(chǎn)生推力的激光微推力器(μlpt)則可以產(chǎn)生nn·s量級(jí)的微推力。中國tepo工程采用的脈沖等離子推力器產(chǎn)生的元沖量為58.4μn·s。nasa和esa的lisa工程中采用的是微牛量級(jí)的推力器。另外，nasast7任務(wù)采用的是2-20μn的推力器，精度在0.1μn以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)研究中，精確測量這樣微小的推力比較困難。由于測量儀器本身和環(huán)境存在著噪聲，往往將被測信號(hào)淹沒，極大地影響測量精度。微推力器工作時(shí)，測量臺(tái)架受力產(chǎn)生振動(dòng)，也會(huì)影響測量精度。另外，抽真空過程也會(huì)對(duì)真空艙及內(nèi)部測量系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。因此，對(duì)微小推力和沖量的精確測量仍然是實(shí)驗(yàn)研究中需要解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)微推力器產(chǎn)生的隨時(shí)間不斷變化的推力，扭擺、電磁天平等傳統(tǒng)的推力測量方式無法測量推力器瞬態(tài)推力大小值的問題以及壓電式傳感器測量過程中易受到推力器電磁干擾的缺點(diǎn)，提出一種即能夠測量推力器瞬態(tài)推力又能夠記錄推力器推力變化整個(gè)過程的瞬態(tài)推力測量系統(tǒng)。本發(fā)明將動(dòng)態(tài)光彈性方法應(yīng)用于推力器瞬態(tài)推力的測量領(lǐng)域，一方面具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作以及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，最重要的是為解決傳統(tǒng)推力測量方法難以測量瞬態(tài)推力的問題提供了方法

本發(fā)明以脈沖等離子體推力器為應(yīng)用背景，以動(dòng)態(tài)光彈性方法為主要技術(shù)方案，采用圖像采集器件(包括ccd攝像機(jī)和圖像采集卡)、脈沖激光器、脈沖等離子體推力器和光學(xué)元件構(gòu)成瞬態(tài)圖像采集系統(tǒng),利用計(jì)算機(jī)對(duì)條紋圖進(jìn)行定量分析和光彈性應(yīng)力分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖等離子體推力器工作推力測量，設(shè)計(jì)出一套適用于脈沖等離子體推力器的高精度、高分辨率瞬態(tài)微推力測量平臺(tái)。

本發(fā)明的一種基于動(dòng)態(tài)光彈性法的電推進(jìn)領(lǐng)域微推力瞬態(tài)測量系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)主要由激光光源、光學(xué)彈性元件和高速瞬態(tài)圖像采集器。脈沖激光器作為光源產(chǎn)生光學(xué)環(huán)境，其產(chǎn)生的脈沖激光的持續(xù)時(shí)間為30～50ns，它相當(dāng)于幾百萬幅/每秒高速照相機(jī)“快門”打開的時(shí)間，在此時(shí)間間隔內(nèi)可以認(rèn)為光學(xué)彈性元件的變形量為零。很多非晶體的透明材料,例如玻璃、賽璐璐、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚碳酸酷塑料等,在有應(yīng)力的情況下,會(huì)呈現(xiàn)類似于雙折射晶體一樣的雙折射效應(yīng)。這種效應(yīng)隨應(yīng)力的存在而存在,并隨應(yīng)力的消失而消失,故稱為暫時(shí)雙折射效應(yīng)。雙折射效應(yīng)是光彈性法的物理基礎(chǔ)。測力的核心體現(xiàn)在光學(xué)彈性元件上，因此選擇合適的材料與尺寸是測力精度和分辨率的核心。動(dòng)態(tài)光彈性方法測力的關(guān)鍵在于彈性元件的條紋圖，條紋圖的好壞直接決定測力的精度，因此對(duì)于高速瞬態(tài)圖像采集器而言，要求其能夠快速而精準(zhǔn)地記錄圖像。

本發(fā)明根據(jù)脈沖等離子體推力器的特點(diǎn)，擬采用動(dòng)態(tài)光彈性方法，以光學(xué)彈性元件為核心構(gòu)建光路系統(tǒng)，通過測定其受力時(shí)的光學(xué)條紋圖像變化，顯示其受力的大小和分布規(guī)律。同時(shí)采用高速攝像機(jī)記錄光學(xué)條紋的瞬態(tài)圖像，近似反映推力器的實(shí)時(shí)變化。這種測量方式是非接觸式測量，也是非破壞性的測量方法，不需要在結(jié)構(gòu)物上直接安裝傳感器或其他測量裝置，可以降低機(jī)械振動(dòng)、供電線纜對(duì)推力測量的干擾，解決目前常用微推力和微沖量測量裝置存在的零點(diǎn)漂移、平衡位置不穩(wěn)定、標(biāo)定困難以及精度低等問題。

本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)光彈性法的電推進(jìn)領(lǐng)域微推力瞬態(tài)測量系統(tǒng)包括五部分，分別為：光學(xué)環(huán)境激勵(lì)系統(tǒng)、推力器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、瞬態(tài)圖像采集器以及圖像處理顯示系統(tǒng)，其中，光學(xué)環(huán)境激勵(lì)系統(tǒng)、推力器系統(tǒng)、瞬態(tài)圖像采集器、圖像處理顯示系統(tǒng)都由控制系統(tǒng)控制，整體組成如圖1所示。

所述光學(xué)環(huán)境激勵(lì)系統(tǒng)：從左至右依次為激光光源1、準(zhǔn)直鏡2、起偏鏡3、1/4玻片ⅰ4、光彈性元件5、1/4玻片ⅱ6、檢偏鏡7、聚光鏡8，各元件中心點(diǎn)都處于一條軸線上，各元件的規(guī)格特性與元件之間的距離符合光學(xué)成像規(guī)律，保證生成的應(yīng)力圖像清晰準(zhǔn)確。推力器11通過剛性板10與光彈性元件5連接，高速相機(jī)9位于聚光鏡8一側(cè)。

此外，根據(jù)推力器推力大小的不同，可以更換光彈性元件5，以滿足測量要求，一般情況下光彈性元件可選用光學(xué)靈敏度較高、受力后具有暫時(shí)雙折射效應(yīng)特性的環(huán)氧樹脂或者聚碳酸酯。光源1使用的是白光，為了使得光彈性元件能夠在高速攝影成像清晰，保證光源距準(zhǔn)直鏡適當(dāng)距離。準(zhǔn)直鏡2的作用是將光源發(fā)出的錐形光束變?yōu)槠叫泄?，使光線能夠垂直進(jìn)入光彈性元件。偏振片分為起偏鏡和檢偏鏡，其中靠近光源一側(cè)的為起偏鏡3，自然光通過起偏鏡之后獲得平面偏振光；靠近聚光鏡8一側(cè)的為檢偏鏡7，其作用是檢驗(yàn)光波的偏振狀態(tài)?？拷庠匆粋?cè)的1/4玻片ⅰ4作用是將平面偏振光變?yōu)閳A偏振光，靠近聚光鏡8一側(cè)的1/4玻片ⅱ6作用是將圓偏振光變?yōu)槠矫嫫窆狻?/p>

光彈性元件5種類繁多，可以根據(jù)所測推力大小以及變化速率等因素選擇合適的光彈性材料，其應(yīng)該滿足透明度好、受力后具有暫時(shí)雙折射效應(yīng)、光學(xué)靈敏度高(條紋值低)、彈性模量大以及初應(yīng)力和時(shí)間邊緣效應(yīng)小等要求，通常使用較為頻繁的有環(huán)氧樹脂和聚碳酸脂。

聚光鏡8作用是聚集平行光，能夠在高速相機(jī)上清晰成像。

高速相機(jī)9的拍攝過程由控制系統(tǒng)控制，其曝光速度可以達(dá)到每秒鐘100萬次，曝光時(shí)間小于1微秒。

光源1產(chǎn)生錐形光束，經(jīng)過準(zhǔn)直鏡2變成平行光，透過起偏鏡3后產(chǎn)生平面偏振光，平面偏振光經(jīng)過1/4玻片ⅰ4之后變成圓偏振光，圓偏振光穿過光彈性元件5發(fā)生雙折射現(xiàn)象產(chǎn)生干涉，之后圓偏振光透過1/4玻片ⅱ6變成平面偏振光。此時(shí)的平面偏振光相對(duì)前面的平面偏振光來說，攜帶了應(yīng)力信息，穿過檢偏鏡7后被聚光鏡8匯聚后，生成應(yīng)力條紋圖，能夠被瞬態(tài)圖像采集系統(tǒng)采集。

光學(xué)環(huán)境激勵(lì)系統(tǒng)主要功能為給光彈性元件營造一個(gè)光學(xué)的環(huán)境，保證受力后彈性元件可以產(chǎn)生效果優(yōu)異的應(yīng)力條紋圖，同時(shí)通過光學(xué)元件把應(yīng)力條紋圖的相關(guān)信息傳送至圖像采集器中。

推力器系統(tǒng)：主要功能為產(chǎn)生推力，并將推力傳遞到光彈性元件上使其處于應(yīng)力狀態(tài)。推力器系統(tǒng)包括推力器11和剛性板10，本發(fā)明以實(shí)現(xiàn)測力為目的，因此不考慮推力器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和功能，根據(jù)測力的需要更換不同類型的推力器。此處，以脈沖式等離子體推力器為例。

剛性版10作用是聯(lián)接推力器與環(huán)氧樹脂材料，將推力器產(chǎn)生的推力傳遞到光彈性材料表面，通過改變剛性板的形狀適應(yīng)不同大小的推力，從而使環(huán)氧樹脂中應(yīng)力發(fā)生變化。

控制系統(tǒng)，包括電磁波發(fā)射器13、電磁觸發(fā)器14、壓力觸發(fā)器15、延時(shí)器16和電控器17，主要功能為精密同步控制激光光源觸發(fā)時(shí)刻、推力器加載時(shí)刻和瞬態(tài)采集應(yīng)力圖像時(shí)刻，其中，電磁波發(fā)射器13向電磁觸發(fā)器14發(fā)射電磁波，

壓力觸發(fā)器15在剛性板與彈性元件之間，處于過渡配合；

瞬態(tài)圖像采集系統(tǒng)：包括主要通過高速相機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

光源1產(chǎn)生的脈沖激光的持續(xù)時(shí)間為幾十納秒之間。它相當(dāng)于幾百萬幅/每秒高速照相機(jī)“快門”打開的時(shí)間。在此時(shí)間間隔內(nèi)認(rèn)為光彈性的變形為不變量。為了采集光彈性元件受到推力器推力后某一時(shí)刻的干涉圖像，應(yīng)該使激光光源觸發(fā)時(shí)刻、推力器加載時(shí)刻和瞬態(tài)采集干涉圖像的時(shí)刻三者精確地進(jìn)行同步同步控制，當(dāng)推力器啟動(dòng)時(shí)候，相當(dāng)于時(shí)間坐標(biāo)的原點(diǎn)o。推力器工作是通過噴射等離子體羽流利用作用力與反作用力的原理來獲取推力的，因此推力器工作時(shí)候噴出等離子體羽流，等離子體具有吸收和衰減電磁波，并且能夠折射、反射和散射的特性。推力器工作時(shí)，噴出的等離子體羽流阻止電磁波發(fā)射器13電磁波的傳遞，電磁觸發(fā)器14此時(shí)產(chǎn)生信號(hào)pc作為激光光源1的電控器17第一次觸發(fā)時(shí)間t0，從而產(chǎn)生的第一個(gè)脈沖光，以此時(shí)作為光源1的計(jì)時(shí)原點(diǎn)o。它的時(shí)刻為tq1。壓力觸發(fā)器15在剛性板與彈性元件中處于過渡配合，當(dāng)推力器不工作時(shí)，剛性板10與壓力觸發(fā)器15處于接觸和未接觸的臨界點(diǎn)，經(jīng)過ot1和t1t2時(shí)間段，當(dāng)推力器11工作時(shí)，推力器11擠壓剛性板10進(jìn)而擠壓壓力觸發(fā)器15從而使之產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)ct作為光源1的第二次觸發(fā)時(shí)刻，再次傳遞給激光光源1的電控器17，在時(shí)序控制圖上相當(dāng)于k點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求可以選定激光光源射出脈沖光q的時(shí)刻，△t即為光彈性元件受力后要采集應(yīng)力圖像的時(shí)間。該系統(tǒng)的時(shí)間控制精度小于1μs。

為了控制瞬態(tài)圖像采集系統(tǒng)觸發(fā)時(shí)刻，通過電磁觸發(fā)器14的電脈沖信號(hào)，除了傳遞給激光光源1外，再傳給延時(shí)器16，發(fā)出一個(gè)延時(shí)的電脈沖電信號(hào)作為高速相機(jī)9的外觸發(fā)信號(hào)，從而激發(fā)瞬態(tài)圖像采集系統(tǒng)開始工作。

控制系統(tǒng)控制高速相機(jī)觸發(fā)開始工作，然后開始拍攝一系列的條紋應(yīng)力圖直至推力器停止工作。當(dāng)推力器下一次脈沖工作時(shí)，再次觸發(fā)電磁觸發(fā)器開啟高速相機(jī)工作。當(dāng)推力器11工作時(shí)，碰觸的等離子體羽流會(huì)阻礙電磁波傳播，電磁波觸發(fā)器14產(chǎn)生電磁脈沖信號(hào)觸發(fā)激光光源電控器，以此時(shí)作為光源1的計(jì)時(shí)原點(diǎn)o，經(jīng)過ot1和t1t2時(shí)間段。當(dāng)推力器11的推力傳導(dǎo)到光彈性元件5時(shí)，壓力觸發(fā)器15產(chǎn)生脈沖信號(hào)傳遞給激光光源1的電控器17，在時(shí)序控制圖上相當(dāng)于k點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求可以選定激光光源射出脈沖光q的時(shí)刻，△t即為光彈性元件受力后要采集應(yīng)力圖像的時(shí)間。為了采集瞬態(tài)圖像，通過電磁觸發(fā)器的電脈沖信號(hào)，除了傳遞給控制器外，再傳給精密延時(shí)器16，發(fā)出一個(gè)延時(shí)的電脈沖電信號(hào)作為高速相機(jī)9的外觸發(fā)信號(hào)。

圖像處理顯示系統(tǒng)：利用瞬態(tài)圖像采集系統(tǒng)獲得的測量結(jié)果形式為各類光彈圖片，圖片中的各點(diǎn)含有兩個(gè)重要參數(shù)——各點(diǎn)的應(yīng)力方向角及條紋級(jí)數(shù)，條紋級(jí)數(shù)代表了該點(diǎn)的主應(yīng)力差值，但是由該差值和應(yīng)力方向角無法直接求得主應(yīng)力的單獨(dú)分量，因此對(duì)圖像處理系統(tǒng)來說獲取光彈圖片后的重要工作就是應(yīng)力的分離。

應(yīng)力分離可以通過創(chuàng)造自由邊界，使得模型中出現(xiàn)單向應(yīng)力邊界，從而獲得主應(yīng)力分離結(jié)果。本發(fā)明中對(duì)光彈性元件進(jìn)行鉆孔處理，引入一個(gè)人為的自由邊界，由于自由邊界在二維問題中即為單向應(yīng)力狀態(tài)，因此可以直接由引入孔后的光彈條紋級(jí)數(shù)判斷邊界的應(yīng)力大小。由于試樣中鉆孔后獲得的應(yīng)力值必定與鉆孔前的值存在一定的偏差，因此需要通過相應(yīng)的公式來由開孔后的應(yīng)力值計(jì)算出開孔前的應(yīng)力值。開孔處的等差線條紋的2個(gè)對(duì)稱軸的方向決定了開孔點(diǎn)處的主應(yīng)力方向。主應(yīng)力的數(shù)值由孔中的兩個(gè)點(diǎn)a和b點(diǎn)的正應(yīng)力數(shù)值a與b決定，這兩個(gè)點(diǎn)位于孔的邊緣，正應(yīng)力大小由光彈等差線級(jí)數(shù)求出，方向與點(diǎn)的邊緣相切。進(jìn)一步求出主應(yīng)力數(shù)值的大小，根據(jù)應(yīng)力和推力的換算關(guān)系得出推力的大小，這一步可以用matlab實(shí)現(xiàn)。

每一張應(yīng)力圖片對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的瞬時(shí)推力大小，而控制系統(tǒng)和瞬態(tài)圖像采集系統(tǒng)保證了高速相機(jī)拍攝得到某一瞬時(shí)的推力大小大致近似為設(shè)定的時(shí)間間隔的推力大小，通過對(duì)一系列應(yīng)力圖像進(jìn)行處理獲得的推力按照時(shí)刻的先后順利連接起來可近似反映推力器工作時(shí)推力的實(shí)時(shí)變化。

該系統(tǒng)的主要功能為根據(jù)應(yīng)力圖像進(jìn)行計(jì)算和處理，提取其中的推力信息，并以具體數(shù)值和推力圖像顯示出來。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明是非接觸式測量，也是非破壞性的測量方法，不需要在結(jié)構(gòu)物上直接安裝傳感器或其他測量裝置，可以降低機(jī)械振動(dòng)、供電線纜對(duì)推力測量的干擾，解決目前常用微推力和微沖量測量裝置存在的零點(diǎn)漂移、平衡位置不穩(wěn)定、標(biāo)定困難以及精度低等問題。本發(fā)明將動(dòng)態(tài)光彈性方法應(yīng)用于推力器瞬態(tài)推力的測量領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作以及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，最重要的是為解決傳統(tǒng)電推進(jìn)推力測量方法難以測量瞬態(tài)微推力的問題提供了基本測量思路，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度準(zhǔn)確的測量瞬時(shí)推力和沖量。

附圖說明

圖1瞬態(tài)推力測量系統(tǒng)組成示意圖；

圖2光學(xué)環(huán)境激勵(lì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖；

圖3控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明根據(jù)電推進(jìn)的推力特點(diǎn)，基于動(dòng)態(tài)光彈性法，以光學(xué)彈性元件為核心構(gòu)建光路系統(tǒng)，通過測定其受力時(shí)光學(xué)條紋圖像的實(shí)時(shí)變化，從而顯示瞬時(shí)受力的大小與變化情況。系統(tǒng)包括激光器，光學(xué)彈性元件，高速瞬態(tài)圖像采集器以及必要的圖像處理技術(shù)。本發(fā)明主要用于采集脈沖式推進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)生的隨時(shí)間不斷變化的瞬態(tài)推力。該系統(tǒng)基于應(yīng)力-光學(xué)定律，運(yùn)用光彈性特殊材料以及高速攝影裝置將推力器產(chǎn)生的推力可視化，尤其可以記錄推力的變化過程，便于研究電推進(jìn)推力器推力的變化機(jī)理。

本系統(tǒng)包括光學(xué)環(huán)境激勵(lì)系統(tǒng)、推力器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、瞬態(tài)圖像采集器以及圖像處理顯示系統(tǒng)，其中，光學(xué)環(huán)境激勵(lì)系統(tǒng)、推力器系統(tǒng)、瞬態(tài)圖像采集器、圖像處理顯示系統(tǒng)都由控制系統(tǒng)控制，

所述光學(xué)環(huán)境激勵(lì)系統(tǒng)包括光彈性元件，光學(xué)環(huán)境激勵(lì)系統(tǒng)生成應(yīng)力條紋圖，該應(yīng)力條紋圖被瞬態(tài)圖像采集系統(tǒng)采集；

所述推力器系統(tǒng)包括推力器和剛性板，推力器通過剛性板與光彈性元件連接；

瞬態(tài)圖像采集系統(tǒng)通過高速相機(jī)來實(shí)現(xiàn)；

控制系統(tǒng)控制激光光源觸發(fā)時(shí)刻、推力器加載時(shí)刻和瞬態(tài)采集應(yīng)力圖像時(shí)刻這3個(gè)時(shí)刻同步；

所述控制系統(tǒng)，如圖3所示，包括電磁波發(fā)射器、電磁觸發(fā)器、壓力觸發(fā)器、延時(shí)器和電控器，壓力觸發(fā)器在剛性板與彈性元件之間，處于過渡配合；

所述光學(xué)環(huán)境激勵(lì)系統(tǒng)如圖2所示，從左至右依次為激光光源、準(zhǔn)直鏡、起偏鏡、1/4玻片ⅰ、光彈性元件、1/4玻片ⅱ、檢偏鏡、聚光鏡，各元件中心點(diǎn)都處于一條軸線上，各元件的規(guī)格特性與元件之間的距離符合光學(xué)成像規(guī)律，保證生成的應(yīng)力圖像清晰準(zhǔn)確；

激光光源、準(zhǔn)直鏡、起偏鏡、1/4玻片ⅰ、光彈性元件、1/4玻片ⅱ、檢偏鏡、聚光鏡，激光光源產(chǎn)生錐形光束，經(jīng)過準(zhǔn)直鏡變成平行光，透過起偏鏡后產(chǎn)生平面偏振光，平面偏振光經(jīng)過1/4玻片ⅰ之后變成圓偏振光，圓偏振光穿過光彈性元件發(fā)生雙折射現(xiàn)象產(chǎn)生干涉，之后圓偏振光透過1/4玻片ⅱ變成平面偏振光，此時(shí)的平面偏振光攜帶了應(yīng)力信息，穿過檢偏鏡后被聚光鏡匯聚后，生成應(yīng)力條紋圖，該應(yīng)力條紋圖被瞬態(tài)圖像采集系統(tǒng)采集；

所述推力器工作時(shí)，噴出的等離子體羽流阻止電磁波發(fā)射器電磁波的傳遞，電磁觸發(fā)器此時(shí)產(chǎn)生信號(hào)pc作為激光光源的電控器第一次觸發(fā)時(shí)間t0，從而產(chǎn)生的第一個(gè)脈沖光，以此時(shí)作為光源1的計(jì)時(shí)原點(diǎn)o；當(dāng)推力器不工作時(shí)，剛性板與壓力觸發(fā)器處于接觸和未接觸的臨界點(diǎn)，經(jīng)過ot1和t1t2時(shí)間段，當(dāng)推力器工作時(shí)，推力器擠壓剛性板進(jìn)而擠壓壓力觸發(fā)器從而使之產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)ct再次傳遞給激光光源的電控器，在時(shí)序控制圖上為k點(diǎn)，選定激光光源射出脈沖光q的時(shí)刻，△t即為光彈性元件受力后要采集應(yīng)力圖像的時(shí)間；

所述光彈性元件進(jìn)行鉆孔處理，創(chuàng)造自由邊界，從而獲得主應(yīng)力分離結(jié)果。