CN101576374A - 一种移动式云纹干涉仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉是一种移动式云纹干涉仪，包括激光器、光路反射镜、扩束镜、准直透镜、U－V场分离装置、图像采集装置，全套仪器分为主光路移动平台和图像采集移动平台两部分，U－V场分离装置具有±90°旋转功能，可解决被测件正交光栅非竖直、非水平方向的位移场测量，同时仪器结构紧凑、移动方便，具有良好的减振性，带有大功率激光器，能实现与大型试验机的配套使用，能满足高温力学测试和现场实地测量的要求。

Description

一种移动式云纹干涉仪

技术领域

本发明涉及一种力学测试仪器，具体地说涉及一种移动式云纹干涉仪。

背景技术

在力学测试中，用云纹干涉法测量平面内位移场的变化，在国内外已应用非常广泛，成功解决了许多实际问题。但原有测量方法和装备，大多是在实验室隔振平台上建立的散装结构，其平台的防震功能等能得到较好的保障。但由于不便于移动，不便与大型试验机等配套使用，也难于解决工程现场问题。近几年来，国内外已推出一些能够移动的激光测量仪器或系统，如中国专利号：200410000005.0，200510027941.5，200510025444.1提供的系统或设备，它们能解决一些实际问题，但也存在一些局限性，如这些系统或仪器大都是只针对竖直平面内固定的水平或铅锤方向位移场(U-V场)进行测量或增加一个45°夹角的位移场进行力学测量，但无法完成一般方位斜裂纹位移场的测量，也有的仪器受激光源功率限制，难以完成大光场高温环境下的力学测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好的隔振性，能对同平面任意两个方向的位移场进行测量，并能进行大光场高温环境下的力学测试，且结构紧凑、移动方便，符合工程现场应用的移动式云纹干涉仪。

本发明是通过以下技术方案实现的。

这种移动式云纹干涉仪，包括激光器、光路反射镜、扩束镜、准直透镜、U-V场分离装置、图像采集装置、其特殊之处是这种干涉仪由主光路移动平台和图像采集移动平台两部分构成，上述各装置或部件分别安装在这两个平台上；所述主光路移动平台有上、下层结构，上层是有隔振功能的隔振层，其上面一端铺有光路调整装置，，该装置上依次安放有扩束镜和非球面准直透镜，另一端在准直透镜后面的隔振层上安放有U-V场分离装置.下层为激光器安放层，可安放各种功率、多种类型的激光器，可满足大光场，高温环境下的力学测试，在主光路移动平台下层的激光器发光端和上层的扩束镜之间，安装有一对光路转向反射镜，它将激光器发出的激光从主光路移动平台下层转向到上层的扩束镜上；所述图像采集移动平台，其台面上铺有成像调整装置，该调整装置上安放有图像成像装置和与其轴向相连的图像采集装置。

这种移动式云纹干涉仪的U-V场分离装置，由底座和旋转盘两部分构成，底座通过调整磁性光具座安放在主光路移动平台的隔振层上，旋转盘上有均布的四个进光孔，并装有与进光孔一一对应的四对光场反射镜，可形成两对实验用入射光场，分别用于U场和V场测试，旋转盘中心装有成像反射镜，旋转盘具有绕其中心相对于底座±90°的旋转功能，故能对竖直平面任意两个正交方向的位移场进行测试，能解决被测件过去不能解决的正交光栅非竖直、非水平方向的位移场测试问题。

这种移动式云纹干涉仪，其U-V场分离装置上的成像反射镜不随旋转盘旋转，其方向可调节。

这种移动式云纹干涉仪的主光路调整装置和成像调整装置，可由调整导轨和放置在导轨上的多自由度调整磁性光具座所组成。

这种移动式云纹干涉仪的图像成像装置的成像镜头可选用专业制版成像镜头，以减少成像失真带来的测量误差；图像采集装置可选用摄像机或照相机。

本发明和现有技术相比，由于固定式U-V场分离装置的仪器一般只能对水平、竖直两个方向进行位移场测量，而本发明的带旋转U-V场分离装置的仪器能对竖直平面内任意两个正交方向的位移场进行测量，因而扩展了仪器应用范围，同时本发明仪器结构紧凑，移动方便，特别是能安装大功率光源，可满足大光场从室温到1200℃高温环境下的测量，即能利用大型试验机进行拉压、蠕变和疲劳等实验测试，还能实现现场环境下的工程测量，利用本发明仪器已测试过60多种航空材料的高温弹性模量、松柏比和断裂韧性等参数，使用可靠。

附图说明

图1为本发明的结构原理俯视图

图2为本发明主光路移动平台结构示意图

图3为本发明U-V场分离装置在旋转β角时示意图

图4为三点弯曲试件受力测试示意图

图5为紧凑拉伸试件受力测试示意图

图6为I/II复合型裂纹试件受力测试示意图

具体实施方式

下面通过实施例结合上述附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1、图2，本发明由主光路移动平台1和图像采集移动平台2两部分组成。

所述主光路移动平台1分上、下层结构，下层为激光器安放层11，安放有激光器3，本例选用1.5米长氦氖激光器；上层为铺有隔振垫的隔振层12，隔振层12上面的左端铺有光路调整装置13，它由光路调整导轨14和多自由度调整磁性光具座15、16组成，扩束镜5和非球面准直透镜6依次通过调整磁性光具座15、16安放在调整导轨14上；在隔振层12右端，有U-V场分离装置7，它通过调整磁性光具座17安放在非球面准直透镜6后面的隔振层12上；激光器3的发光端与扩束镜5之间，安放有一对光路转向反射镜4，它将激光器3发射的激光从主光路移动平台1的下层转向反射到上层的扩束镜5上。

所述图像采集移动平台2，台面上铺有成像调整装置21，它的结构，原理和光路调整装置13类同，也是由调整导轨和多自由度调整磁性光具座组成(图中未示出)。在成像调整装置21上，安放有图像成像装置8和与其轴向连接的图像采集装置9，图像成像装置8的成像镜头81为专业制版用成像镜头，它和普通成像镜头相比，可以减少成像失真带来的测量误差；图像采集装置9选用照相机，可以提高图像分辨率。

主光路移动平台1上的U-V场分离装置7(参阅图1、图2、图3)，它包括底座71和旋转盘72两部分。底座71通过调整磁性光具座17安放在主光路移动平台1的隔振层12上，旋转盘72安装在底座71上部的外圈内，并通过旋转盘72外周的外齿与固定在底座71外圈边上的小手轮711配合，可以使旋转盘72绕底座71的外圈中心旋转任一角度。旋转盘72上开有四个对称均布的进光孔721，其中央离轴部位装有四片对称的45°固定反射镜75，与进光孔721一一对应，同时在旋转盘72周边，通过四根反射镜支撑梁74安装有四片可调的入射反射镜73，与固定反射镜75一一相对应可形成两对实验用入射光场，且通过机械阻档，选择任一一对入射光场至被测件10上；在旋转盘72的中心部位对应被测件10的方向，安装有成像反射镜76，它可将被测件10表面形成的波前云纹干涉条纹反射至图像采集移动平台2上的成像装置8的成像镜头81上，以实现图像采集。

本实施例的云纹干涉仪的工作过程和原理如下：使用时，先调整好主光路移动平台1和图像采集移动平台2与被测件10的相互位置，(参见图1)，使主光路移动平台1的U-V场分离装置7分离的两对入射光能对称入射至被测件10表面，形成波前干涉条纹，同时，该干涉条纹能通过成像反射镜76反射至图像采集移动平台上的成像镜头81上，通过调整图像采集调整装置21和成像装置8，在照相机(图像采集装置)9上获得清晰图像，然后固定好两个移动平台。仪器在工作时，由激光器3发射的激光通过一组光路换向反射镜4反射至扩束镜5上，通过经调整的扩束器5扩束和非球面准直透镜6形成平行光场，再经过U-V场分离装置7的旋转盘72的进光孔721，射入到固定反射镜75和入射光反射镜73上，经过四片固定反射镜75和四片相对应的入射光反射镜73配合形成两对入射光光场，同时通过调整U-V场分离装置7的旋转盘72，可以使用其中任一对光场按照竖直、水平方向或非竖直、非水平方向偏转任一个角度反射至被测件10表面上，通过被测件10表面的正交光栅形成波前干涉条纹，成像反射镜76将干涉条纹反射到图像采集移动平台2上的成像镜头81，随后由图像采集装置9即照相机完成图像信息采集输出至计算机处理。

本实施例的云纹干涉仪，可对多种类型和环境下的被测件10进行常温或高温下受载变形测量，进而获得相应的材料性能参数或开展材料力学行为研究，如：使用矩形拉伸试件可测量不同温度的弹性模量与泊松比，可观察高温蠕变、高温疲劳裂纹的萌生与扩展，使用三点弯曲试件10’，紧凑拉伸试件10”，等I型裂纹断裂韧度测试试件(参见图4、图5，P为施力方向)，测量不同温度的断裂韧度；特别是对使用紧凑拉剪试件10”(参见图6，P为施力方向)开展I/II复合型裂纹常、高温下断裂行为研究，现有云纹干涉仪难以测量，本实施例通过U-V场分离装置7(参见图3)，跟踪试件正交光栅(参见图6)，同步旋转β角从而可达到测量目的。

Claims (6)

1、一种移动式云纹干涉仪，包括激光器、光路反射镜、扩束镜、准直透镜、U-V场分离装置，图像采集装置，其特征在于：

这种云纹干涉仪由主光路移动平台(1)和图像采集移动平台(2)两部分组成；所述主光路移动平台(1)，有上、下层结构，上层为具有隔振功能的隔振层(12)，其上面一端铺有光路调整装置(13)，调整装置(13)上依次安放有扩束镜(5)和非球面准直透镜(6)，在另一端非球面准直透镜(6)之后，安放有U-V场分离装置(7)，下层为激光器安放层(11)，可安放各种功率、多种类型的激光器(3)，在下层激光器(3)发光端与上层扩束镜(5)之间，安放有一对光路转向反射镜(4)；所述图像采集移动平台(2)，上面铺有成像调整装置(21)，调整装置(21)上依次安放有图像成像装置(8)和图像采集装置(9)。

2、根据权利要求1所述的云纹干涉仪，其特征在于U-V场分离装置(7)为能绕其中心作±90°旋转的光场分离装置。

3、根据权利要求1或2所述的云纹干涉仪，其特征在于U-V场分离装置(7)上，安装有一个成像反射镜(76)。

4、根据权利要求1所述的云纹干涉仪，其特征在于光路调整装置(13)由调整导轨(14)和多自由度调整磁性光具座(15)、(16)组成。

5、根据权利要求1所述的云纹干涉仪，其特征在于成像调整装置(21)由调整导轨和多自由度调整磁性光具座组成。

6、根据权利要求1所述的云纹干涉仪，其特征在于成像调整装置(8)的成像镜头(81)是专业制版成像镜头，图像采集装置(9)选用摄像机或照相机。

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