CN1540281A

CN1540281A - 半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪

Info

Publication number: CN1540281A
Application number: CNA031165060A
Authority: CN
Inventors: 熹张; 张熹; 吴君毅; 夏远富; 陆鹏; 李利平
Original assignee: 711th Research Institute of CSIC
Current assignee: 711th Research Institute of CSIC
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2023-04-21
Also published as: CN1213279C

Abstract

本发明涉及一种半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，包括测量装置及处理测量数据的计算机构成，其特点是，测量装置包括箱体、激光源、光路部件、成像部件、分光器件；激光源设置在箱体内前部；光路部件由若干个反射镜、一分光棱镜以及若干个扩束镜组件组成；成像部件由设置在箱体后部内的摄像头和设置在箱体后部外的成像镜前、后对应设置构成；摄像头的信号输出端通过数据总线与计算机的输入端连接；分光器件设置在成像镜前端部。更换或改变光路部件中个别元件的位置，由摄像头获取被测件的图像，输入计算机中程序处理，可测得物体变形后的高精度离面位移、面内位移、离面位移梯度；在屏幕上显示干涉条纹，使用方便，功能强。

Description

半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪

技术领域

本发明涉及一种用于物体变形后对其结构微位移量精确测量的半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪。

背景技术

目前用于对物体结构变形后的检测技术有以下几种：一种是激光全息干涉技术，先布置好全息光路，对被测物体受力前后两次曝光，再对全息干版进行显定影处理，最后通过激光实现再现。总之，该技术必须经过繁杂的显定影湿处理，且还要经过一个再现的过程，以上的工作必须严格在暗房中进行。若要用此技术实现实时检测，必须使全息干版精确复位，方法更为复杂，因此该技术在实际推广应用中受到限制。

另一种电子散斑干涉器件，用参考物形成参考光，测量物体变形后的离面位移，但测得并非纯离面位移W场的结果。

还有一种采用朗其光栅产生剪切，实现电子剪切散斑干涉，检测物体变形后的离面位移，但朗其光栅制造相对困难。

目前国外也有多种电子散斑干涉仪，但只具有单独测量离面位移W场功能或只有单一剪切散斑的检测功能，国外的各类电子散斑干涉仪结构相对复杂，功能单一，并且测得的不是纯离面位移W场，而是离面位移W场和面内位移U场的混合场。

发明内容

本发明的目的是解决现有的电子散斑干涉仪功能单一，结构复杂，测量误差大的缺点，而提供一种具有测量离面位移，面内位移，电子剪切散斑多项功能，测量精确，使用方便的半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉测量装置。

本发明的目的是这样实现的，一种半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，由测量装置及处理测量数据的计算机构成，该计算机的输入端通过数据总线与测量装置的输出端连接；其特点是，所述的测量装置包括箱体、激光源、光路部件、成像部件、分光器件；所述的激光源设置在箱体内前部；所述的光路部件由设在箱体内的若干个反射镜、一分光棱镜以及设在箱体外的若干个扩束镜组件组成；其中：第一反射镜间隔设置在激光源的激光输出端一侧，该反射镜中心与激光输出端在同一光轴线上；一分光棱镜与第二反射镜前、后对应间隔设置在第一反射镜后部，该分光棱镜与第二反射镜的中心在同一光轴线上；第三反射镜与第四反射镜横向对应间隔设置在第二反射镜右侧，该第三反射镜中心与第四反射镜的中心在同一光轴线上；第五反射镜对应间隔设置在第四反射镜后部，该第五反射镜中心与第四反射镜的中心在同一光轴线上；第七反射镜对应间隔设置在分光棱镜的左侧，该第七反射镜中心与分光棱镜的中心在同一光轴线上；第八反射镜对应间隔设置在第七反射镜后部，该第八反射镜中心与第七反射镜的中心在同一光轴线上；所述的设在箱体外的若干个扩束镜组件，其中：第一扩束镜组件由第一扩束镜与第六反射镜构成，第一扩束镜和第六反射镜横向对应间隔设置在箱体外右侧，并且第一扩束镜的圆心与设置在箱体内的第五反射镜的中心在同一条光轴线上；第二扩束镜组件由第二扩束镜与第九反射镜构成，第二扩束镜与第九反射镜横向对应间隔设在箱体外左侧，并且第二扩束镜的圆心与设置在箱体内的第八反射镜的中心在同一光轴线上；第三扩束镜组件由第三扩束镜与第十反射镜构成，第三扩束镜与第十反射镜构前、后对应间隔设置在箱体后部外，并且第三扩束镜的圆心与设置在箱体内的第三反射镜的中心在同一条光轴线上；

所述的成像部件由设置在箱体内后部的摄像头和设置在箱体外的成像镜前、后对应设置构成；摄像头的信号输出端通过数据总线与计算机的输入端连接；

所述的分光器件设置在成像镜的前端部。

上述的半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，其中，所述的分光器件由半反射半透射的分光镜及布置在该分光镜一侧的漫射器构成。

上述的半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，其中，所述的激光源由固体泵浦激光器构成。

上述的半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，其中，还包括一晶体剪切镜，该晶体剪切镜可与分光器件互换，设置在成像镜前端部。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，只需更换或改变个别元件的位置，就能方便地实现三种功能的转换，通过激光源、光路部件，由CCD摄像头获取被测物体的第一幅图像，对被测物体加载并获取第二幅图像，输入计算机中的图像卡，将两幅图像进行相减处理，可以在屏幕上直接观察到与物体变形相关的干涉条纹，即可测量计算离面位移，面内位移，离面位移梯度；实用功能强。

2、本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪由于实现了光路的垂直入射和接收，所测得的离面位移是纯法向位移W场，面内位移U场也是纯U场位移，这对力学分析和强度分析十分重要。

3、本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪中由于设有晶体剪切镜，剪切散斑干涉效果好。

4、本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪中的激光源由于采用固体泵浦激光器，使本仪器具有功率大，体积小，相干性好，可用于现场检测。

5、本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，若在测量水平结构的面内位移U场的光路中将第六反射镜换成带有压电陶瓷相移器的反射镜；在测量离面位移W场的光路中将漫射器换成带有压电陶瓷相移器的反射镜；离面位移和面内位移均可实现相移，从而使本仪器具有高灵敏度。

6、本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，由于采用非接触测量，可获得被测物全场位移：对被测物表面不需特殊处理，使用方便；可以用于结构优化设计；可以为有限元计算提供可靠边界条件；可以广泛用于细观残余应力、复合材料、结构分析及非破坏性检测；可以用于现场对物体变形后的检测；可以研究冲击、动态和振动问题；可以用于力学分析和测量；并可以通过必要的后处理获得设计者所需的信息，直接在监控器上显示干涉条纹图像；还可用于教学中，帮助学生了解计算机在激光干涉中的作用。

附图说明

通过以下对本发明的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1是本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪测试装置的结构示意图。

图2是本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪在测量面内位移U场时的双光束光路原理图。

图3是本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪在测量离面位移W场时的光路原理图。

图4是本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪在测量离面位移梯度时的光路原理图。

具体实施方式

请参见图1，半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，由测量装置1及处理数据数据的计算机2构成；测量装置1由箱体11、激光源12、光路部件13、成像部件14、分光器件15、晶体剪切镜16组成；激光源12设置在箱体内前部；光路部件13由设在箱体内的七个反射镜131、133、134、135、136、139、1310、一分光棱镜132以及设在箱体外的三个扩束镜组件组成；其中：第一反射镜131间隔设置在激光源12的激光输出端一侧，该反射镜131中心与激光输出端在同一光轴线上；一分光棱镜132与第二反射镜133前、后对应间隔设置在第一反射镜131后部，该分光棱镜132中心与第二反射镜133的中心在同一光轴线上；第三反射镜134与第四反射镜135横向对应间隔设置在第二反射镜133右侧，该第三反射镜134的中心与第四反射镜135的中心在同一光轴线上；第五反射镜136对应间隔设置在第四反射镜135后部，该第五反射镜136的中心与第四反射镜135中心在同一光轴线上；第七反射镜139对应间隔设置在分光棱镜132的左侧，该第七反射镜139的中心与分光棱镜132的中心在同一光轴线上；第八反射镜1310对应间隔设置在第七反射镜139后部，该第八反射镜1310的中心与第七反射镜139的中心在同一光轴线上；所述的设在箱体外的三个扩束镜组件，其中：第一扩束镜组件由第一扩束镜137与第六反射镜138构成，第一扩束镜137和第六反射镜138横向对应间隔设置在箱体外右侧，并且第一扩束镜137的圆心与设置在箱体11内的第五反射镜136的中心在同一条光轴线上；第二扩束镜组件由第二扩束镜1311与第九反射镜1312构成，第二扩束镜1311与第九反射镜1312横向对应间隔设在箱体11外左侧，并且第二扩束镜1311的圆心与设置在箱体内的第八反射镜1310的中心在同一光轴线上；第三扩束镜组件由第三扩束镜1314与第十反射镜1315构成，第三扩束镜1314与第十反射镜1315前、后对应间隔设置在箱体11后部外，并且第三扩束镜1314的圆心与设置在箱体11内的第三反射镜134的中心在同一条光轴线上。

成像部件14由设置在箱体11内后部的摄像头141和设置在箱体11外的成像镜142前、后对应设置构成；摄像头141的信号输出端通过数据总线与计算机2的输入端连接。

分光器件15设置在成像镜142的前端部。分光器件15由半反射半透射的分光镜151及布置在分光镜一侧的漫射器152构成；晶体剪切镜16可与分光器件16互换使用，设置在成像镜142前端部。

本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪结合计算机技术、图象处理技术、激光散斑及全息干涉技术有着广泛的应用前景，其基本原理是：当激光照射在被测物的表面，在表面前方的空间形成随机分布的明暗点(散斑)，散斑随物体表面的变形(或移动)而运动，计录物体变形前后两个错动了的散斑图，并比较变形前后散斑图的变化，可以高精度地检测物体表面各点位移。用CCD摄像头首先取得加载前的第一幅图像，然后对检测物加载并取得第二幅图像，输入图像卡AD转化成数据(数值化)由计算机通过程序出理，使得两幅图像相减，最后可以直接在电脑屏幕上显示与物体变形相关的干涉条纹。

本发明的测量装置机箱内的本体可以测量离面位移；开通箱体外左右两侧边分别设置的扩束镜和反射镜，即可以测面内位移；在成像镜前卸下分光器件，装上晶体剪切镜则能测量离面位移梯度；本发明只需更换或改变个别元件的位置，就能方便地实现三种功能的转换。

请参见图2，本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪测量水平结构的面内位移U场的工作原理：激光源12发射激光，经第一反射镜131反射到分光棱镜132，激光通过分光棱镜时，分成反射和透射两路光；其中一路光经第七反射镜139、第八反射镜1310、通过第二扩束镜1311形成扩束光，再经第九反射镜1312反射，照射在被测试件A的表面，形成散斑光，经成像镜142成像，被CCD摄像头141接受，光信号通过数据线输入计算机的图像采集卡进行处理，由计算机计算；其中另一路光经第二反射镜133、第四反射镜135、第五反射镜136、通过第一扩束镜137形成扩束光，再经第六反射镜138反射，照射在被测试件A的表面，形成散斑光，经成像镜142成像，被CCD摄像头141接受，光信号通过数据线输入计算机的图像采集卡进行处理，由计算机计算；由于两光束入射角相等，从而可测量水平结构的面内位移U场。本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉测量装置若在测量水平结构的面内位移U场的光路中将第六反射镜换成带有压电陶瓷相移器，面内位移可实现相移，从而使本装置具有高灵敏度。

请参见图3，本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪测量离面位移W场的工作原理：激光源12发射激光，经第一反射镜131、第二反射镜133和第三反射镜134反射，通过第三扩束镜1314形成扩束光；再经第十反射镜1315反射，垂直入射在分光器件15的分光镜151上，形成反射和透射两路光，其中一路反射光经分光镜151反射，垂直照射在被测试件A的表面形成散斑光，反射后透过分光镜151，经成像镜42成像，被CCD摄像头141接受，光信号同样通过数据线输入计算机的图像采集卡进行处理；另一路透射光透过分光镜151后，照射在漫射器152上，反射后再经分光镜151的反射，经成像镜142成像，被CCD摄像头141接受，光信号通过数据线输入计算机的图像采集卡进行处理，由计算机计算离面位移W场。本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪若在测量离面位移W场的光路中将漫射器换成带有压电陶瓷相移器的反射镜，离面位移可实现相移，从而使本装置具有高灵敏度。

请参见图4，本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪测量离面位移梯度的工作原理，先取去分光器件15，晶体剪切镜16设置在成像镜142前端部；激光源12发射激光，经第一反射镜131、第二反射镜133和第三反射镜134反射，通过第三扩束镜1314形成扩束光；照射在被测试件A的表面，形成散斑光，反射通过晶体剪切镜16，经成像镜142成像，被CCD摄像头141接受，光信号通过数据线输入计算机的图像采集卡进行处理，由计算机计算离面位移梯度。

本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪光路布置紧凑、合理，灵敏度高，可用于现场测量，通过激光部件、CCD摄像头将图像数据输入计算机，即可测量计算离面位移，面内位移，离面位移梯度，使用功能强；在屏幕上显示与变形相关的干涉条纹，直观性强。本发明半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉测量装置已应用于压力容器受气压后的变形测量，使用方便，测量精确。

Claims

1、一种半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，由测量装置及处理测量数据的计算机构成，该计算机的输入端通过数据总线与测量装置的输出端连接；其特征在于：所述的测量装置包括箱体、激光源、光路部件、成像部件、分光器件；所述的激光源设置在箱体内前部；所述的光路部件由设在箱体内的若干个反射镜、一分光棱镜以及设在箱体外的若干个扩束镜组件组成；其中：第一反射镜间隔设置在激光源的激光输出端一侧，该反射镜中心与激光输出端在同一光轴线上；一分光棱镜与第二反射镜前、后对应间隔设置在第一反射镜后部，该分光棱镜与第二反射镜的中心在同一光轴线上；第三反射镜与第四反射镜横向对应间隔设置在第二反射镜右侧，该第三反射镜中心与第四反射镜的中心在同一光轴线上；第五反射镜对应间隔设置在第四反射镜后部，该第五反射镜中心与第四反射镜的中心在同一光轴线上；第七反射镜对应间隔设置在分光棱镜的左侧，该第七反射镜中心与分光棱镜的中心在同一光轴线上；第八反射镜对应间隔设置在第七反射镜后部，该第八反射镜中心与第七反射镜的中心在同一光轴线上；所述的设在箱体外的若干个扩束镜组件，其中：第一扩束镜组件由第一扩束镜与第六反射镜构成，第一扩束镜和第六反射镜横向对应间隔设置在箱体外右侧，并且第一扩束镜的圆心与设置在箱体内的第五反射镜的中心在同一条光轴线上；第二扩束镜组件由第二扩束镜与第九反射镜构成，第二扩束镜与第九反射镜横向对应间隔设在箱体外左侧，并且第二扩束镜的圆心与设置在箱体内的第八反射镜的中心在同一光轴线上；第三扩束镜组件由第三扩束镜与第十反射镜构成，第三扩束镜与第十反射镜构前、后对应间隔设置在箱体后部外，并且第三扩束镜的圆心与设置在箱体内的第三反射镜的中心在同一条光轴线上；

所述的分光器件设置在成像镜的前端部。

2、根据权利要求1所述的半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，其特征在于：所述的分光器件由半反射半透射的分光镜及布置在该分光镜一侧的漫射器构成。

3、根据权利要求1所述的半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，其特征在于：所述的激光源由固体泵浦激光器构成。

4、根据权利要求1所述的半导体泵浦全固体激光多功能电子散斑干涉仪，其特征在于：还包括一晶体剪切镜，该晶体剪切镜可与分光器件互换，设置在成像镜前端部。