受载高压容器壁变形的测量与研究.doc

第一章：绪论 2 1.1 引言 2 1.2 数字散斑干涉测量技术的概况及发展现状 2 1.2.1数字散斑测量方法的分类 4 1.2.2数字散斑相关测量技术 4 1.3 课题主要研究内容 6 1.3.1 数字散斑干涉测量技术 6 1.4 论文的主要工作和内容 7 第二章：散斑干涉技术原理与系统构建 7 2.1 数字散斑干涉测量原理 7 2.1.1 激光散斑的形成及特征 7 2.1.2 相加模式 9 2.1.3 相减模式 9 2.2 离面变形测量 12 2.3 面内变形测量 14 第三章：环境搭建及数据提取 15 3.1 环境搭建 15 3.2 图像采集 15 第四章 ：数字散斑干涉条纹图像的分析 15 结论与展望 16 致谢 17 参考文献 18  第一章：绪论 1.1 引言 电子散斑干涉技术(ESPI)是在现代高科技成果，包括激光技术、视频技术、电子技术、信息和图像处理技术、计算机技术、全息干涉和散斑干涉技术、精密仪器及自动控制技术的基础上发展起来的一种现代光测方法，它具有全场、非接触、高精度和高灵敏度、不避光、不照相、不需要特殊防震、快速实时并可在线检测等优点。 ESPI用途很广，可用于检测各种工程机械及设备的变形、振动、冲击、粗糙度、刚度和强度等特性，还可用在土木结构、水利设施的变形测量。它不但可以作为模型设计、分析、样机实验的先进工具，而且还可以作为产品检验和生产过程控制的一种有利工具。ESPI技术也用来检测复合材料、集成电路、压力容器和焊接物体表面或内部缺陷，成为X射线、红外和超声等传统无损检测方法的一种有效的补偿手段。因此，该技术在机械、土木、水利、电器、航空航天、兵器工业及生物医学等领域的检测中具有非常重要的地位。 1.2 数字散斑干涉测量技术的概况及发展现状 20世纪40年代英国学者Denis Gabor首先提出全息术，激光散斑最初作为全息术里的一种光学噪声，影响全息图的质量，并由此引起人们的关注。1962年贝尔实验室的Rigden和Gordon首先解释了激光散斑现象的产生。当用相干性很好的光(如激光)照射漫反射表面时，漫反射表面好像无数小的点光源，它们反射的光彼此相互干涉，并在物体表面前方的空间形成了无数随机分布的点，人们把这些相干的亮点和暗点称为散斑，把这种随机分布的散斑结构称为散斑场。随后英国学者Leenderz开创了新的利用散斑检测粗糙表面的光学干涉方法——散斑干涉测量法(Speckle Interferometry)。 在早期的检测中,由于散斑干涉测量法采用全息干板作为记录介质,需要复杂的后期光学滤波和数据处理工作,因此导致该技术难以得到推广。1971年英国学者Butter 和 Leenderz，美国学者Makovski相继成功的以电视摄相机取代了全息干板的使用，视频检测技术的引进使得可以采用可视化方式来记录并处理静态和动态光学粗操表面的位移，这种技术被称为电子散斑干涉测量法(ESPI) 。 传统的散斑干涉测量法依赖于散斑干涉图中可见条纹和条纹级数的正确判断，这种方法能迅速反映全场变形的分布和程度，但基于条纹处理方式的ESPI,只有在条纹场的极值位置条纹级数才能被正确的确定,如果再加上噪声的影响，即使应用插值法，测量结果的精度也很难达到半个波长量级。20世纪80年代相移技术的引进拟补了条纹处理法的不足，为检测提供了定量分析相位的方法,在严格的环境条件下可使测量精度达到检测光波长的百分之一，因此融入相移技术的ESPI，也被称作第二代ESPI.随后计算机、电荷耦合器件(CCD)、图像采集卡的迅速发展， ESPI系统的处理方式由模拟电子方式发展成为数字化图像记录和处理方式,因此ESPI 有时也被称为DSPI (Digital speckle pattern interferomet ry) 。SPIE ( The Society of Photo2Optical Instrumentation Engineers) 在1996 年就ESPI 专门出了一本里程碑式的文集,收集了68篇在 ESPI 原理和应用方面具有重要影响的论文,并建议为了纪念早期研究者的贡献,将TV2Holog2raphy , DSPI 和electronic holography 等统称为ESPI。至此 ， 经过十多年的努力，基于干涉方法的电子(数字)散斑计量技术已经比较成熟。 1973年，Y.Y.Hang,C.E.Taylor提出用错位散斑照相来测量位移导数。在错位散斑照相机镜头前放置一个小角度的玻璃楔块，光线通过此玻璃将产生偏折。由于物体表面被激光(相干光) 照明使得由于错位产生的两幅剪切图像相互干涉而形成了一个包含随机干涉图样的剪切散斑场，其条纹与位移导数而不是位移相对应。 1980年，日本1.Y amaguchi以及美国南卡罗来纳