專利名稱：一種高溫環境下雙波長剪切干涉測量物體表面曲率的方法
技術領域：
本發明涉及高溫下測量物體表面曲率形貌測量領域，尤其涉及一種高溫環境下雙波長剪切干涉測量物體表面曲率方法，屬于高溫下結構表面變形測量、光學實驗技術領域。
背景技術：
高溫環境中測量物體變形在工程中是極重要同時極困難的，常用的接觸式測量在高溫環境下往往出現測量元件制備要求高、易失效等缺點，而非接觸式光學測量又面臨空氣受熱擾動對測量結果造成很大干擾的困擾。相干梯度敏感方法作為力學領域一種測量試件表面曲率的光學方法已經是發展很成熟的方法，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行積分可以獲得試件表面形貌，另外對基底薄膜系統還可以通過薄膜表面曲率計算薄膜應力，測試試件表面曲率對觀測試件表面變形、測試薄膜力學性能等有重要作用。相干梯度敏感方法具有全場非接觸實時在線的優點，特別該方法對振動不敏感，但是和一般光學測量方法一樣，該方法對空氣擾動敏感，特別是在高溫環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行。一種解決高溫環境中利用光學非接觸方法測量物體表面變形的途徑是對實驗試件所處環境抽真空，進而排除高溫環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驗環境抽真空比較困難而且有時近乎不可能，所以尋找高溫下有空氣存在環境中測量物體表面變形方法在實驗技術和工程應用上具有
重要意義。
發明內容
本發明提供一種高溫環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，實現高溫下實時在線測量物體表面曲率形貌,并且該方法對振動不敏感。本發明的技術方案如下一種高溫環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，所述雙波長剪切干涉曲率測量系統，包括雙波長偏振激光器、擴束系統、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、第二CXD相機、數據處理及顯示系統；所述雙波長偏振激光器發出一束含兩個波長且振動方向相互垂直的偏振激光，該激光經過擴束系統擴束后經過分光鏡反射到試件表面，試件放置在受熱環境中，激光經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相機和第二 CCD相機拍攝記錄的信息傳入到數據處理及顯示系統進行處理，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計算關系式如下
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權利要求
1.一種高溫環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，所述雙波長剪切干涉曲率測量系統，包括雙波長偏振激光器、擴束系統、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、第二 CXD相機、數據處理及顯示系統； 所述雙波長偏振激光器(3)發出一束含兩個波長且振動方向相互垂直的偏振激光，該激光經過擴束系統(4)擴束后經過分光鏡(5)反射到試件(2)表面，試件放置在受熱環境中，激光經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(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(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相機和第二 CCD相機拍攝記錄的信息傳入到數據處理及顯示系統(19)進行處理，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，涉及高溫下結構表面變形測量、光學實驗技術領域。該方法構建雙波長剪切干涉系統，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準確在高溫環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，去除高溫環境中空氣擾動對測量結果影響。本發明結構簡單，易于實現，解決了高溫環境下空氣擾動對光學測量物體表面曲率形貌的干擾問題，并可以實現全場實時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 優先權日2012年12月18日
發明者馮雪, 張長興, 董雪林 申請人:清華大學