現(xiàn)代檢測技術(shù)論文

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！現(xiàn)代檢測技術(shù)論文題學(xué)專年姓數(shù)字激光散斑干涉測量技術(shù)摘要和和關(guān)鍵詞：IDigitallaserspeckleinterferometrytechniqueaaaaCorrelation,a：1）AKeywords:目錄1...............................................................................................................12...............................................................................................23...............................................................................................................3....................................................................................................4.................................................................................................................4..........................................................................................................4....................................................................................................5.................................................................................................5.................................................................................................64.................................................................................................................8....................................................................................................9...........................................................................................................105與..............................................................................12........................................................................................14和和.......................................................................................................1561論文的研究背景和意義術(shù)、視頻技術(shù)、電子技術(shù)、信息與圖像處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與精密測試技術(shù)基地用于研究物沐表面的位移、形變、粗糙度，以及進(jìn)行振動的分析等，在信息處理，甚至在醫(yī)學(xué)、天文學(xué)上都有許多運用?，F(xiàn)代工業(yè)的日新月異，為測量技術(shù)提供了眾多新手段；同樣地，測量技術(shù)的進(jìn)步也推進(jìn)了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。如今，測量已成為工業(yè)生產(chǎn)中的必備環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品設(shè)計、模擬、質(zhì)量控制、運行、監(jiān)測等術(shù)和方法，為測量領(lǐng)域源源不斷地注入新活力。其抗壓能力和抗振動能力下降是事故的主要原因之一，包括材料結(jié)構(gòu)中的裂紋、的發(fā)展具有重大意義。[1]數(shù)字散斑干涉測量技術(shù)和數(shù)字圖像相關(guān)測量技術(shù)是兩種現(xiàn)代的材料應(yīng)力應(yīng)變測量方法，前者是數(shù)字全息測量技術(shù)的一個分支，在激光、視頻、電子及數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的現(xiàn)代光測技術(shù)，具有高精度、全場、實時、無接觸測量等特點，它依靠CCD相機(jī)獲取被測物表面的散斑干涉信息，再用計算機(jī)進(jìn)行要對結(jié)果進(jìn)行處理，速度快，操作簡單，可以實現(xiàn)面內(nèi)位移、離面位移的測量及1對于數(shù)字散斑干涉測量技術(shù)和數(shù)字圖像相關(guān)測量技術(shù)的研究分別已經(jīng)取得了初圍小、抗環(huán)境擾動能力差；后者測量精度較低、對光源穩(wěn)定性要求高。這就為我統(tǒng)測量精度及更好地實現(xiàn)實時測量有重要意義。2數(shù)字散斑干涉技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀基于激光散斑的測量技術(shù)主要經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段，第一階段是從1965年到1978年，這一階段是以純光學(xué)的相干計量技術(shù)為主，比較有代表性的技術(shù)有散斑照相術(shù)和散斑干涉術(shù)[1]，記錄散斑干涉信息的方式以全息干板為主。第二階段是從70年代末期微電子技術(shù)的發(fā)展開始，將光測技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合的發(fā)可以細(xì)分為兩個歷程，首先是電子散斑干涉術(shù)（（波或者粒子束受物體的無規(guī)則散射后，其散射場呈現(xiàn)出的無規(guī)律分布的斑紋結(jié)19141960對如何消除散斑而進(jìn)行。真正將散斑作為一種信息載體加以利用是在1968年，Bruch和Tokski提出散斑照相術(shù)，之后在國際光學(xué)會議上Leendertz提出了散斑散斑干涉術(shù)，后來進(jìn)行的許多研究也都是基于散斑干涉術(shù)和剪切散斑干涉術(shù)。[2]內(nèi)，1989年天津大學(xué)首次研制出電子剪切散斑干涉儀，不久又研制出數(shù)字剪切散斑干涉儀；1992年中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)將半導(dǎo)體激光器成功應(yīng)用于電子散斑干涉中，并由可切換的雙頻光柵實現(xiàn)錯位；1993年西安交通大學(xué)成功研制出了光纖電子散斑干涉系統(tǒng)。在國外，九十年代之后，一些儀器化、商品化的電子散斑干涉儀也相繼問世。2在1968年，Bruch和Tokski提出散斑照相術(shù)，并對其展開研究，包括在成像面上記錄散斑場的主觀散斑照相方法和在菲涅爾衍射面上記錄散斑場的客觀這里的“圖像”代表所有反應(yīng)物面信息的可視載體，包括激光散斑圖像、人工散移光電測量技術(shù)。其基本思想是在上世紀(jì)80年代由日本的IYamaguchi、美國南卡羅萊納大學(xué)的W.H.PetersW.F.Ranson等人同時獨立提出，他們的研究側(cè)重于一維形變場的測量及局部形變場算法的研究。1989年以后，在我國開始進(jìn)行數(shù)索方法并把它應(yīng)用到微位移測量、應(yīng)力應(yīng)變測量及電鏡照片分析等領(lǐng)域。近20年來，數(shù)字圖像相關(guān)方法在理論上逐步完善，同時在材料性能分析、固體力學(xué)、越廣泛。學(xué)者的努力，提出了多種亞像素搜索方法，匹配精度已經(jīng)達(dá)到0.01像素。采用雙CCD相機(jī)的數(shù)字圖像相關(guān)方法可以實現(xiàn)三維測量，由于還要對兩臺CCD所采集的圖像進(jìn)行匹配，測量精度要比單CCD時要低。由于數(shù)字圖像相關(guān)一般是減少運算量，提高測量效率并保證實時性是其面臨的主要挑戰(zhàn)。加廣泛地用于航天、機(jī)械、土木、水利、生物醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域。3數(shù)字散斑干涉測量技術(shù)數(shù)字散斑干涉（DigitalSpecklePatternInterferometry）測量技術(shù)，最初叫做ElectronicSpecklePatternInterferometryDSPI測量技33.1激光散斑現(xiàn)象及其成因）3.2數(shù)字散斑干涉測量原理3.2.1離面位移測量原理包含了待測物的形變信息。[5]I(x,y)II2II)（3-1）1rorororororoI(x,y)和I(x,y)分別表示待測物在自然狀態(tài)下所測和待測物在受應(yīng)力狀態(tài)下測125得的光強(qiáng)分布。I和I分別表示CCD靶面所接收到的參考光波和物光波的強(qiáng)度ro和分別表示CCD靶面所接收到的參考光波和物光波的相位ro為待測物受應(yīng)力后引起的相位變化在球面參考波的情況下，假設(shè)I和I統(tǒng)計獨立，強(qiáng)度I服從負(fù)指數(shù)統(tǒng)計分布，roo相位在（，）上均勻分布，于是：oII4IIsin)（3-2）（3-3）2212roro通過簡單計算，可得強(qiáng)度分布差值平均為：4IIII212ro在散射參考光的情況下，假設(shè)I和I統(tǒng)計獨立，強(qiáng)度I服從負(fù)指數(shù)統(tǒng)計分布，roo相位在（，）上均勻分布，于是：oII4IIsin)（3-4）（3-5）2212orro通過簡單計算，可得強(qiáng)度分布差值平均為：II2II212ro由以上兩種情況可知，無論是球面（或平面）參考波還是散射參考波，形變前后散斑干涉圖強(qiáng)度差的均值都與?I和I12完全相關(guān)）發(fā)生在為的偶數(shù)倍的時候，最大值（零相關(guān)）發(fā)生在為的奇數(shù)倍的時候時。3.2.2面內(nèi)位移測量原理現(xiàn)在我們研究靈位一個測量系統(tǒng)，如圖3.3所示，兩束相干的準(zhǔn)直光束同時照射到待測物面上，兩束光與表面法線分別成與，兩束光相互干涉后經(jīng)過透鏡成像到CCD靶面上，對待測物實施一個面內(nèi)方向的微小位移，通過計算機(jī)采集到帶有物面起伏信息的位移前后的散斑干涉圖像[6]。6122221ulululul2AAcos()2222ulululul式中：A和A分別表示兩束照明光束產(chǎn)生的入射到CCD靶面的復(fù)振幅ulul考慮待測物上的一個空間小區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)相位差的變化為2的幾倍ul、A、Aulul統(tǒng)計獨立，并且在,上服從均勻分布，則有：ulI(x,y)I(x,y)（3-8）2222212u為12同的；為的奇數(shù)倍時，I和I的相關(guān)性最小，其差值最大。任何情況下，127物體的任何位移都可以表示為：()（3-9）2sino射角在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。4散斑干涉圖處理方法及對比。4.1線性處理模式對于線性處理方法，為避免結(jié)果出現(xiàn)負(fù)數(shù)，可以采用相加模式：III2(II)4IIcos()cos()（4-1）22add12rororo對I，I，，求平均，假設(shè)它們都統(tǒng)計獨立，I和I服從負(fù)指數(shù)統(tǒng)計分布，rororo和在(,)上服從均勻分布，簡單的計算得：roIII2(II)4IIcos()（4-2）2add12roro可以看出，當(dāng)為2n1/2n0,時，I將呈現(xiàn)出不太暗的條紋。同時的影響，條紋對比度較低。因此，粗加模式通常只用來做理論驗證，II12極少在實際測試中應(yīng)用。線性處理后生成的條紋的兩個不利因素：1）乘性噪聲嚴(yán)重，且噪聲頻譜和條紋頻譜疊加在一起，容易使濾波后的條紋細(xì)節(jié)模糊，難以進(jìn)行相位提??；2）條紋受到II的調(diào)制，若參考光波或物光波不均勻，則生成的條紋圖ro對比度也不均勻，對后續(xù)處理有較大影響。8時，形變前后的散斑干涉圖強(qiáng)度相等，即兩幅圖像相關(guān)程最大；當(dāng)為的nn個相關(guān)系數(shù)可以表示為：C(x,y)1122（4-3）nnnn2II1122nnnnnnnn上式中，I和I分別表示形變前后兩幅散斑干涉圖像的強(qiáng)度分布，算符表示12在nn像素范圍內(nèi)對某一變量求均值，相關(guān)系數(shù)的范圍是[，相關(guān)系（4-4））4.3散斑條紋圖預(yù)處理方法9圖4.3.1增強(qiáng)對比度255I（4-5）N其中Ix,y為原始圖像，Ix,y為增強(qiáng)圖像。圖4.3表示圖像整體線性增強(qiáng)處理l前的灰度值的關(guān)系：圖圖[8]圖4.4所示。）））圖5.1基于散斑的兩種三維形變測量系統(tǒng)5.1.1DSPI三維形變測量系統(tǒng)圖[9]u(x,y)（5-1）uv(x,y)(x,y)vwxoz其中是激光波長，(x,y)，(x,y)，(x,y)分別是面內(nèi)的連個面內(nèi)相移量uvw和一個離面相移量。和d(x,y)(x,y)(x,y)kw(x,y)（5-4）其中，j，分別為x，y，方向上的單位位移矢量。ikz5.1.2DIC三維形變測量系統(tǒng)別為I(,n)和I(,n)，形變后的灰度圖像分別為I(m,n)和I(m,n)，分別對12I(,n)和I(,n)，I(m,n)和I(m,n)做相關(guān)處理，可以分別得到x=z平面和、1212歸法可以達(dá)到0.01像素的精度。但是在實際應(yīng)用中，由于外界因素的干擾，精度在0.1像素到0.02像素之間