有时间相移功能的三维电子散斑干涉仪的研究

　　1引言

　　随着计算机技术和图像处理技术的不断发展，光测力学也有了很大的发展，特别是出现了电子散斑干涉技术以后，使得各种工程结构的强度和刚度分析越来越和数字化紧密结合在一起，计算机能完成从图像采集、图像的处理、实验和加载过程的自动控制和实验结果的精确处理。

　　本文在位相测量的研究基础上，研制了新型的三维电子散斑干涉仪，使其具有时间相移功能，从而可以实现全场的数字化和仪器化;精密机械、光学元件、仪器外观等设计及加工，形成一新的光机电相结合的产品;并在典型实验中验证其正确性和可靠性。

　　2电子散斑干涉中的时间相移技术

　　相移散斑干涉计量有其特殊性。为提取与变形有关的位相信息，须计算变形前后两个状态的位相之差值【1，2〕。可用两种方法实现:一种直接计算物体变形前后两个状态的散斑位相，通过散斑位相相减得到位相差。另一种方法先获得与位相差有关的散斑相关条纹图，通过若干幅有相移的散斑相关条纹图，提取物体变形信息。其中的时间相移技术是指通过采集不同时间的位相图，获得与位相有关的条纹图，其基本方法如下:设变形前的干涉散斑图为10，变形后有位相差△必，分别引人相移量0、万/2、二、3耐2，得到四幅相移散斑干涉图I、(i=1一4)，计算F、=(式-10)’，诸F.为相移散斑相关条纹图，并受高频散斑噪声调制。对其作低通滤波，滤波结果记为s‘(i=1-4)，则

　　3 适合于电子散斑干涉的PZT反射镜式相移器

　　压电陶瓷相移器[’J(piezo一eleetronicTransduc-er，简称PZT)，是目前最常用的相移器之一，优点是体积小，重量轻，位移由电压决定，控制方便，位移电压曲线线性较好，控制电压一般从几十伏到二百伏。压电陶瓷在不同电压变化下会产生不同的体积变化，即逆压电效应。由于它的电压变化和长度、直径变化的关系曲线线性很好，所以可以布置在光路中拖动反射镜以改变光程，从而达到改变位相的目的。本文采用的是管状压电陶瓷，通过计算机控制的电源系统将电压加到PZT上，其长度方向上的位移△L与电压变化△V的关系为:

　　其中:D。和D，分别为PzT管的内外径;

　　L为PzT管的长度;

　　成1为PZT材料的应变电压比率常数;

　　由于PZT具有非线性，且不同PZT的电压一位移曲线的变化很大，所以必须对所使用的PZT进行标定。PzT的非线性与其负载情况及加载电压有关，在小荷载和中低电压段线性较好，在连续加载的情况下，拟合直线与实际位移量之间的标准偏差一般在纳米量级，因此在实际测量中非线性的影响可以忽略。