專利名稱：一種高溫環(huán)境下雙波長剪切干涉測量物體表面曲率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫下測量物體表面曲率形貌測量領(lǐng)域，尤其涉及一種高溫環(huán)境下雙波長剪切干涉測量物體表面曲率方法，屬于高溫下結(jié)構(gòu)表面變形測量、光學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高溫環(huán)境中測量物體變形在工程中是極重要同時(shí)極困難的，常用的接觸式測量在高溫環(huán)境下往往出現(xiàn)測量元件制備要求高、易失效等缺點(diǎn)，而非接觸式光學(xué)測量又面臨空氣受熱擾動對測量結(jié)果造成很大干擾的困擾。相干梯度敏感方法作為力學(xué)領(lǐng)域一種測量試件表面曲率的光學(xué)方法已經(jīng)是發(fā)展很成熟的方法，而曲率是表征試件表面形貌的重要幾何參量，通過獲取的試件表面曲率進(jìn)行積分可以獲得試件表面形貌，另外對基底薄膜系統(tǒng)還可以通過薄膜表面曲率計(jì)算薄膜應(yīng)力，測試試件表面曲率對觀測試件表面變形、測試薄膜力學(xué)性能等有重要作用。相干梯度敏感方法具有全場非接觸實(shí)時(shí)在線的優(yōu)點(diǎn)，特別該方法對振動不敏感，但是和一般光學(xué)測量方法一樣，該方法對空氣擾動敏感，特別是在高溫環(huán)境中空氣受熱劇烈擾動對測量造成很大干擾使測量幾乎無法進(jìn)行。一種解決高溫環(huán)境中利用光學(xué)非接觸方法測量物體表面變形的途徑是對實(shí)驗(yàn)試件所處環(huán)境抽真空，進(jìn)而排除高溫環(huán)境中空氣受熱劇烈擾動對測量造成的干擾。這對測試微小器件比較有效，對體積比較大試件的實(shí)驗(yàn)環(huán)境抽真空比較困難而且有時(shí)近乎不可能，所以尋找高溫下有空氣存在環(huán)境中測量物體表面變形方法在實(shí)驗(yàn)技術(shù)和工程應(yīng)用上具有
重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種高溫環(huán)境下雙波長剪切干涉測量物體表面曲率的方法，可去除高溫下空氣擾動對物體表面曲率形貌測量影響，實(shí)現(xiàn)高溫下實(shí)時(shí)在線測量物體表面曲率形貌,并且該方法對振動不敏感。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種高溫環(huán)境下雙波長剪切干涉測量物體表面曲率方法，其特征在于，所述方法米用雙波長剪切干涉曲率測量系統(tǒng)，所述雙波長剪切干涉曲率測量系統(tǒng)，包括雙波長偏振激光器、擴(kuò)束系統(tǒng)、分光鏡、偏振分光棱鏡、第一光柵、第二光柵、第三光柵、第四光柵、第一透鏡、第二透鏡、第一過濾屏、第二過濾屏、第一成像屏、第二成像屏、第一 CXD相機(jī)、第二CXD相機(jī)、數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)；所述雙波長偏振激光器發(fā)出一束含兩個波長且振動方向相互垂直的偏振激光，該激光經(jīng)過擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束后經(jīng)過分光鏡反射到試件表面，試件放置在受熱環(huán)境中，激光經(jīng)過試件表面反射后透過分光鏡傳播，通過分光棱鏡將振動方向不同的兩個波長偏振激光分開傳播，透過分光棱鏡傳播的激光頻率為fi，頻率為n的激光經(jīng)過第一光柵和第二光柵剪切干涉形成干涉條紋，透過第一透鏡后通過第一過濾屏在第一成像屏上成像，用第一 CXD相機(jī)拍攝記錄第一成像屏上包含試件表面形貌信息的干涉條紋；通過分光棱鏡反射傳播的激光頻率為f2，f2部分激光經(jīng)過第三光柵和第四光柵剪切干涉形成干涉條紋，透過第二透鏡后通過第二過濾屏在第二成像屏上成像，用第二 CXD相機(jī)拍攝記錄第二成像屏上包含試件表面形貌信息的干涉條紋，第一 CCD相機(jī)和第二 CCD相機(jī)拍攝記錄的信息傳入到數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)進(jìn)行處理，并最終得到并顯示試件在高溫受熱情況下的表面曲率分布；曲率Kxx、K yy、K xy計(jì)算關(guān)系式如下
[
權(quán)利要求
1.一種高溫環(huán)境下雙波長剪切干涉測量物體表面曲率的方法，其特征在于，所述方法米用雙波長剪切干涉曲率測量系統(tǒng)，所述雙波長剪切干涉曲率測量系統(tǒng)，包括雙波長偏振激光器、擴(kuò)束系統(tǒng)、分光鏡、偏振分光棱鏡、第一光柵、第二光柵、第三光柵、第四光柵、第一凸透鏡、第二凸透鏡、第一過濾屏、第二過濾屏、第一成像屏、第二成像屏、第一 CXD相機(jī)、第二 CXD相機(jī)、數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)； 所述雙波長偏振激光器(3)發(fā)出一束含兩個波長且振動方向相互垂直的偏振激光，該激光經(jīng)過擴(kuò)束系統(tǒng)(4)擴(kuò)束后經(jīng)過分光鏡(5)反射到試件(2)表面，試件放置在受熱環(huán)境中，激光經(jīng)過試件表面反射后透過分光鏡(5)傳播，通過分光棱鏡(6)將振動方向不同的兩個波長偏振激光分開傳播，透過分光棱鏡傳播的激光頻率為H，頻率為fl的激光經(jīng)過第一光柵(7)和第二光柵(8)剪切干涉形成干涉條紋，透過第一凸透鏡(11)后通過第一過濾屏(13)在第一成像屏(15)上成像，用第一 CXD相機(jī)(17)拍攝記錄第一成像屏上包含試件表面形貌信息的干涉條紋；通過分光棱鏡(6)反射傳播的激光頻率為f2，f2部分激光經(jīng)過第三光柵(9)和第四光柵(10)剪切干涉形成干涉條紋，透過第二凸透鏡(12)后通過第二過濾屏(14)在第二成像屏(16)上成像，用第二 CXD相機(jī)(18)拍攝記錄第二成像屏上包含試件表面形貌信息的干涉條紋，第一 CCD相機(jī)和第二 CCD相機(jī)拍攝記錄的信息傳入到數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)(19)進(jìn)行處理，并最終得到并顯示試件在高溫受熱情況下的表面曲率分布；
全文摘要
一種高溫環(huán)境下雙波長剪切干涉測量物體表面曲率的方法，涉及高溫下結(jié)構(gòu)表面變形測量、光學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。該方法構(gòu)建雙波長剪切干涉系統(tǒng)，在高溫下測量物體表面曲率變化，排除高溫下空氣擾動對物體表面曲率測量的影響，利用所述雙波長剪切干涉系統(tǒng)準(zhǔn)確在高溫環(huán)境下獲取物體表面曲率形貌信息。該方法利用剪切干涉測量物體表面曲率，利用空氣對不同波長光線的折射率不同，去除高溫環(huán)境中空氣擾動對測量結(jié)果影響。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，解決了高溫環(huán)境下空氣擾動對光學(xué)測量物體表面曲率形貌的干擾問題，并可以實(shí)現(xiàn)全場實(shí)時(shí)在線測量物體表面曲率形貌。
文檔編號G01B11/24GK103063156SQ20121055276
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者馮雪, 張長興, 董雪林 申請人:清華大學(xué)