數(shù)字散斑干涉(dspi)研究的文獻(xiàn)綜述

1、數(shù)字散斑干涉振動(dòng)測(cè)量技術(shù)研究進(jìn)展摘要： 摘要： 數(shù)字散斑干涉技術(shù)（DSPI）是一種光學(xué)測(cè)試方法，具有非接觸、高靈敏度、全場(chǎng)、實(shí)時(shí)、無損檢測(cè)的特點(diǎn)，在振動(dòng)測(cè)量方面有著較大的優(yōu)勢(shì)。本文從圖像處理、相移技術(shù)等方面闡述了數(shù)字散斑干涉振動(dòng)測(cè)量的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì) 其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了比較和分析。關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞： 數(shù)字散斑干涉，振動(dòng)測(cè)量，數(shù)字圖像處理，相移技術(shù)Research Progress on Vibration Measurement U

2、sing Digital Speckle Pattern InterferometryAbstract: Digital speckle pattern interferometry (DSPI) is an optical testing and measuring method，a non-contact, high-sensitivity, full-field, real-time, non-destructive one, w

3、hich has an advantage in vibration analysis. This paper introduces the recent progress on DSPI vibration measurement from aspects of digital image processing and phase shifting, also compares and analyzes their key tech

4、nologies.Keywords: Digital speckle pattern interferometry; Vibration measurement; Digital image processing; Phase shifting0 引言散斑計(jì)量技術(shù)是現(xiàn)代光測(cè)力學(xué)技術(shù)中的一種。它具有非接觸、無損、全場(chǎng)、高精度、實(shí)時(shí)測(cè)量的特點(diǎn)，在輪廓、應(yīng)變、位移和振動(dòng)測(cè)量方面有著廣泛的應(yīng)用前景[1]。目前廣泛采用的振動(dòng)測(cè)試技術(shù)，包括加速度傳

5、感器、應(yīng)變式傳感器等，由于均為單點(diǎn)測(cè)量，且會(huì)為結(jié)構(gòu)帶來附加質(zhì)量，從而對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生影響，無法應(yīng)用于微小振動(dòng)測(cè)量。數(shù)字散斑干涉振動(dòng)測(cè)量技術(shù)可以直接顯示被測(cè)表面的模態(tài)振型，并且對(duì)環(huán)境穩(wěn)定性的要求低于全息干涉方法[2]，這一系列優(yōu)勢(shì)使數(shù)字散斑干涉法成為激光測(cè)振技術(shù)中的一個(gè)重要分支。采用激光散斑來研究振動(dòng)測(cè)量的方法，最先由 Massey 于 1968 年開始進(jìn)行研究。隨后發(fā)展起來的散斑剪切干涉法[3]，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)振動(dòng)中形變的導(dǎo)數(shù)進(jìn)行測(cè)量。在最初的

6、散斑計(jì)量技術(shù)中，用于記錄散斑條紋圖的介質(zhì)為全息干板。此后，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了采用磁帶記錄散斑圖的測(cè)由于貝塞爾函數(shù)具有隨振幅增大而迅速衰減的特性，使得條紋質(zhì)量較低，且不能得到某個(gè)特定相位下的振幅分布。材料中孔和開口是構(gòu)件的薄弱部位，同時(shí)又常是工程中的重要結(jié)構(gòu)，數(shù)字散斑干涉振動(dòng)測(cè)量技術(shù)可應(yīng)用于此類結(jié)構(gòu)的無損檢測(cè)和受載下工作狀況分析[7]，以方形孔板為例，用不同頻率對(duì)孔板進(jìn)行激振，采用時(shí)間平均法進(jìn)行分析，從而由 CCD 記錄的散斑條紋

7、得到孔板在不同頻率下的振型、振幅分布、相位分布信息，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量。類似的方法還應(yīng)用于微型超聲電機(jī)定子振型的測(cè)量[8]，實(shí)現(xiàn)微小振幅、高頻率、非接觸的振動(dòng)測(cè)量。1.3 雙脈沖散斑干涉技術(shù)雙脈沖或頻閃散斑干涉測(cè)量[9]建立于脈沖激光系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，它的原理與空間載波散斑干涉技術(shù)相似。這一測(cè)量技術(shù)的發(fā)展填補(bǔ)了傳統(tǒng)連續(xù)激光器在測(cè)量中的若干缺陷，如能量不足達(dá)不到測(cè)量要求，或因連續(xù)發(fā)光產(chǎn)生過大能量燒壞被測(cè)面。雙脈沖或多脈沖激光器在物體的瞬態(tài)振動(dòng)測(cè)量

8、中具有較大的優(yōu)勢(shì)。雙脈沖散斑干涉技術(shù)采用激光器的兩次脈沖，產(chǎn)生前后兩幅散斑干涉圖像。圖像通過 CCD 分別記錄，進(jìn)行相減運(yùn)算得到條紋圖，利用空間載波相移技術(shù)進(jìn)行分析可得到被測(cè)物體在兩個(gè)脈沖之間的瞬時(shí)振動(dòng)圖像。頻閃數(shù)字散斑干涉技術(shù)可用于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的振動(dòng)分析[10]，采用脈沖激光進(jìn)行頻閃照明的相位分析法，方便進(jìn)行定量分析。并且由于頻閃法中 CCD 只接收了很小一部分激光能量，它在微型系統(tǒng)的測(cè)試中有著較大優(yōu)勢(shì)。1.4 數(shù)字散斑干涉

9、技術(shù)展望雙曝光法和時(shí)間平均法散斑干涉都能應(yīng)用于振動(dòng)測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體振型的直接顯示和節(jié)線的判讀[11]。兩種方法各有不同的優(yōu)勢(shì)。時(shí)間平均法由于實(shí)現(xiàn)簡便，為目前最常用的散斑干涉測(cè)振方法，但此法要求被測(cè)物體必須是穩(wěn)態(tài)振動(dòng)[12]。第一代數(shù)字散斑振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)采用的是人工判讀貝塞爾條紋級(jí)數(shù)方法，由于所記錄的時(shí)間平均散斑圖對(duì)比度要遠(yuǎn)低于全息干涉術(shù)中所得的散斑圖[13]，對(duì)振幅進(jìn)行定量分析是困難的，數(shù)字散斑術(shù)的圖像質(zhì)量較低主要是受到記錄介質(zhì)（CC