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一種高精度激光散斑微振動測量系統(tǒng)及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度激光散斑微振動測量系統(tǒng)，包括成像透鏡、分束器、空間光調(diào)制器、光探測器及調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)，所述成像透鏡、分束器、空間光調(diào)制器及光探測器依次光連接，所述調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)與所述分束器光連接，并輸出驅(qū)動信號到空間光調(diào)制器。本發(fā)明采用自適應(yīng)的空間光調(diào)制器代替空間光濾波器，能夠根據(jù)環(huán)境的變換進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，使得空間光的透過率隨著測量環(huán)境的變化而變化，從而提高了測量精度。
【專利說明】一種高精度激光散斑微振動測量系統(tǒng)及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光散斑測振【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高精度激光散斑微振動測量系統(tǒng)及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光散斑微振動測量是一種新興的微振動測量方法，具有系統(tǒng)簡單、操作容易、與被測對象非接觸等優(yōu)點(diǎn)，因此引起了廣大研究人員的興趣。
[0003]激光照射被測物體引起的散斑圖案基本是不變的，當(dāng)被測物體和探測系統(tǒng)距離比較遠(yuǎn)時，振動引起的散斑的變化通常體現(xiàn)為觀測平面的散斑圖案的平移。采用空間光濾波器，可以將散斑圖案的平移轉(zhuǎn)換為光通量的變化。但是由于散斑圖案在不同探測環(huán)境下是不同的，如果采用固定的空間光濾波器，測量系統(tǒng)的靈敏度將不能最優(yōu)，從而影響測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高精度激光散斑微振動測量系統(tǒng)；本發(fā)明同時提供了一種高精度激光散斑微振動測量方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種高精度激光散斑微振動測量系統(tǒng)，包括成像透鏡、分束器、空間光調(diào)制器、光探測器及調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)，所述成像透鏡、分束器、空間光調(diào)制器及光探測器依次光連接，所述調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)與所述分束器光連接，并輸出驅(qū)動信號到空間光調(diào)制器。
[0007]優(yōu)選地，所述調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)包括成像裝置及控制驅(qū)動模塊，所述成像裝置與所述分束器光連接，并輸出散斑圖樣到控制驅(qū)動模塊進(jìn)行處理，所述控制驅(qū)動模塊輸出驅(qū)動信號到空間光調(diào)制器。
[0008]優(yōu)選地，所述成像裝置采用CXD圖像傳感器。
[0009]優(yōu)選地，所述成像透鏡、分束器、空間光調(diào)制器及光探測器位于同一軸線上。
[0010]優(yōu)選地，其還包括一與激光光源波長一致的帶通濾波器，所述帶通濾波器設(shè)于所述成像透鏡前端的光路上。
[0011]一種高精度激光散斑微振動測量方法，包括以下步驟:
[0012]S1、激光經(jīng)被測物體散射產(chǎn)生散斑，散斑經(jīng)成像透鏡后由分束器分成兩路傳播，一路照射到成像裝置，另一路照射到空間光調(diào)制器；
[0013]S2、調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)采集到散斑圖樣生成驅(qū)動信號，并維持驅(qū)動信號不變，空間光調(diào)制器基于驅(qū)動信號進(jìn)行調(diào)制，使其對輸入光的透過率分布與調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)采集到散斑圖樣的亮暗一致；
[0014]S3、空間光調(diào)制器將被測物體振動產(chǎn)生的散斑變化轉(zhuǎn)化為空間光調(diào)制器輸出光的光通量的變化；
[0015]S4、光探測器將探測到空間光調(diào)制器輸出光的光通量的變化，并將其轉(zhuǎn)換為光電流的變化；
[0016]S5、根據(jù)光電流的變化，計算得出被測物體的微振動信息。
[0017]優(yōu)選地，其還包括步驟S6，所述步驟S6具體為:根據(jù)步驟S5中得到的微振動信息計算信噪比，若信噪比低于預(yù)先設(shè)定的閾值時，重復(fù)步驟S2，對空間光驅(qū)動器進(jìn)行重新調(diào)制。
[0018]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019]本發(fā)明采用自適應(yīng)的空間光調(diào)制器代替空間光濾波器，能夠根據(jù)環(huán)境的變換進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，使得空間光的透過率隨著測量環(huán)境的變化而變化，從而提高了測量精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明測量方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]實(shí)施例一
[0024]請參閱圖1，本發(fā)明公開了一種高精度激光散斑微振動測量系統(tǒng)，包括成像透鏡
1、分束器2、空間光調(diào)制器3、光探測器4、調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)5及帶通濾波器6，其中:
[0025]參考圖1所示，成像透鏡1、分束器2、空間光調(diào)制器3及光探測器4依次光連接且位于同一軸線上。
[0026]調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)5與分束器2光連接，并輸出驅(qū)動信號到空間光調(diào)制器3。調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)5包括成像裝置51及控制驅(qū)動模塊52，成像裝置51與分束器2光連接，并輸出散斑圖樣到控制驅(qū)動模塊52進(jìn)行處理，控制驅(qū)動模塊52輸出驅(qū)動信號到空間光調(diào)制器3。在本實(shí)施例中，成像裝置51采用CCD圖像傳感器。
[0027]帶通濾波器6與激光光源波長一致，其設(shè)于成像透鏡I前端的光路上，這樣可以濾除環(huán)境雜散光，增加測量系統(tǒng)的信噪比。
[0028]激光經(jīng)被測物體散射產(chǎn)生散斑，散斑經(jīng)成像透鏡I后由分束器2分為兩路傳播，一路照射成像裝置51，一方面完成散斑圖樣的記錄，另一方面作為參考散斑圖樣驅(qū)動空間光調(diào)制器3 ;另一路照射到空間光調(diào)制器3，空間光調(diào)制器3將由于被測物體振動產(chǎn)生的光學(xué)散斑變化轉(zhuǎn)換為入射在光探測器4上光通量的變化，從而引起光電流的變化，通過對光電流的計算處理最終可以得到被測物體的微振動信息，實(shí)現(xiàn)對于微振動的實(shí)時高靈敏度、高精度測量。
[0029]實(shí)施例二
[0030]請參閱圖1和圖2，本發(fā)明還公開了一種高精度激光散斑微振動測量方法，包括以下步驟:
[0031]S1、激光經(jīng)被測物體散射產(chǎn)生散斑，散斑經(jīng)成像透鏡I后由分束器2分成兩路傳播，一路照射到成像裝置51，另一路照射到空間光調(diào)制器3 ；[0032]S2、調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)5根據(jù)采集到的散斑圖樣生成驅(qū)動信號，并維持驅(qū)動信號不變，空間光調(diào)制器3基于調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出的驅(qū)動信號進(jìn)行調(diào)制，使其對輸入光的透過率分布與調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)5采集到散斑圖樣的亮暗一致；
[0033]S3、空間光調(diào)制器3將被測物體振動產(chǎn)生的散斑變化轉(zhuǎn)化為空間光調(diào)制器3輸出光的光通量的變化；
[0034]S4、光探測器4將探測到空間光調(diào)制器3輸出光的光通量的變化，并將其轉(zhuǎn)換為光電流的變化；
[0035]S5、根據(jù)光電流的變化，計算得出被測物體的微振動信息。
[0036]S6、根據(jù)步驟S5中得到的微振動信息計算信噪比，若信噪比低于預(yù)先設(shè)定的閾值時，重復(fù)步驟S2，對空間光驅(qū)動器進(jìn)行重新調(diào)制。
[0037]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度激光散斑微振動測量系統(tǒng)，其特征在于:包括成像透鏡、分束器、空間光調(diào)制器、光探測器及調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)，所述成像透鏡、分束器、空間光調(diào)制器及光探測器依次光連接，所述調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)與所述分束器光連接，并輸出驅(qū)動信號到空間光調(diào)制器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高精度激光散斑微振動測量系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)包括成像裝置及控制驅(qū)動模塊，所述成像裝置與所述分束器光連接，并輸出散斑圖樣到控制驅(qū)動模塊進(jìn)行處理，所述控制驅(qū)動模塊輸出驅(qū)動信號到空間光調(diào)制器。
3.如權(quán)利要求2所述的一種高精度激光散斑微振動測量系統(tǒng)，其特征在于:所述成像裝置采用CXD圖像傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高精度激光散斑微振動測量系統(tǒng)，其特征在于:所述成像透鏡、分束器、空間光調(diào)制器及光探測器位于同一軸線上。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種高精度激光散斑微振動測量系統(tǒng),其特征在于:其還包括一與激光光源波長一致的帶通濾波器，所述帶通濾波器設(shè)于所述成像透鏡前端的光路上。
6.一種高精度激光散斑微振動測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、激光經(jīng)被測物體散射產(chǎn)生散斑，散斑經(jīng)成像透鏡后由分束器分成兩路傳播，一路照射到成像裝置，另一路照射到空間光調(diào)制器； 52、調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)采集到散斑圖樣生成驅(qū)動信號，并維持驅(qū)動信號不變，空間光調(diào)制器基于驅(qū)動信號進(jìn)行調(diào)制，使其對輸入光的透過率分布與調(diào)制器驅(qū)動系統(tǒng)采集到散斑圖樣的売暗一致； 53、空間光調(diào)制器將被測物體振動產(chǎn)生的散斑變化轉(zhuǎn)化為空間光調(diào)制器輸出光的光通量的變化； 54、光探測器將探測到空間光調(diào)制器輸出光的光通量的變化，并將其轉(zhuǎn)換為光電流的變化； 55、根據(jù)光電流的變化，計算得出被測物體的微振動信息。
7.如權(quán)利要求6所述的一種高精度激光散斑微振動測量方法，其特征在于，其還包括步驟S6，所述步驟S6具體為:根據(jù)步驟S5中得到的微振動信息計算信噪比，若信噪比低于預(yù)先設(shè)定的閾值時，重復(fù)步驟S2，對空間光驅(qū)動器進(jìn)行重新調(diào)制。
【文檔編號】G01H9/00GK103983341SQ201410213410
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】王程, 王曉忠, 付宏燕, 黃朝紅 申請人:廈門大學(xué)