毕业设计论文——激光散斑测物体位移

武 汉 轻 工 大 学 毕 业 设 计（论文） 论文题目：基于激光散斑进行位移测量 院    系:    电气与电子工程学院        学    号:        101204222            姓    名:        王    斌            专    业:    电子信息科学与技术      指导老师:          李    丹          二零一四年五月 摘    要 用散斑法测量无题的位移、应变、振动、等是散斑法在实验力学中的主要应用之一。这种测量方法不但有非接触的优点，而且可以测量面内及离面的位移。物体表面以及内部的应变、比较圆满地解决振动与瞬变的问题。本文主要介绍了散斑测量技术的发展情况，对激光散斑的特性进行了系统的分析。 激光散斑测量法是在全息方法基础上发展起来的一种测量方法,这种方法具有很强的实用价值。 散斑位移测量不仅可以实现离面微位移的测量,也可以进行面内微位移测量。 主要是对面内微位移进行了测量研究,利用设计的测量系统将物体发生位移前后的散斑图由CCD 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 下来,分别用数字散斑相关法和散斑照相法对散斑图像进行了分析处理,并得出了相应的结论。 最后,对以上两种测量法的特点和测量误差产生的原因都作了简单的分析和比较。 关键词：激光散斑； 位移测量； 数字图像处理； 位移散斑图 Abstract One main application of the speckle measurement method in experimental mechanics is to measure the displacement, strain, vibration and so on. This method can not only processed non-contact measurement, but also can measure the in-plane or out-plane displacement and transient. In this paper, we introduced the development of speckle measurement technique, and systemically analyzed the characters of speckle. The laser speckle based on holography is of great practical value and can measure micro-displacement. In surface micro-displacement is focused on in this paper. The two laser speckle patterns are respectively shot before and after the object is moved. Digital speckle correlation method and speckle photography are used to measure a small displacement moved along x or y axle. The above two methods are compared at the end of the paper. Keywords:laser speckle; displacement measurement; digital image process; displacement of speckle pattern 目 录 第1章  绪 论    1.1  课题研究的背景和意义    1.2  激光散斑测量方法的应用    第2章 激光散斑测量的基本理论    2.1 激光散斑的基本概念    2.2  散斑的成因及类型    2.2.1 散斑的成因 2.2.2 散斑的类型 2.3 激光散斑光强分布的相关函数的概念    2.3.1 自相关函数    2.3.2 两个散斑场光强分布的互相关函数 第3章 激光散斑测量方法 3.1  激光散斑位移测量    3.1.1 散斑照相法 3.1.2 激光散斑数字相关 3.2  测量微小位移实验系统 3.2.1 实验内容 3.2.2 设计方法 3.2.3 数据处理及 心得 信息技术培训心得 下载关于七一讲话心得体会关于国企改革心得体会关于使用希沃白板的心得体会国培计划培训心得体会 结    论    致    谢    参考文献    第1章  绪 论 1.1  本论文的背景和意义 传感技术、计算机技术和通信技术共同构成信息技术的三大支柱。测试就是使用仪器，通过一定的方式获取对象的状态、特性等方面的信息，再经过信号处理，以人们能棘手的方式提供出来的过程。一般来说，测试系统可以由信息获取、信息处理、结果显示三部分组成。现代测试技术发展很快而且范围广，主要有微波测试技术、红外测试技术、光与激光测试技术、声与超声测试技术、光纤传感测试技术、X射线测试技术、放射线测试技术、微弱信号检测技术等，其中激光测试与超声测试技术是工业无损检测中应用较广的重要测试技术。 光学测量是一门发展很快的信息测试技术。二十世纪六十年代以来激光技术的推出大大扩展了光学计量的研究和应用，其中以激光干涉技术、激光全息技术、云纹干涉技术、电子散斑干涉术、电子错位散斑干涉术、激光散斑数字相关测量技术等为表的测量新技术具有非接触、高精度和全场等优点，在工程实际中有着广泛的应用，如表面粗糙度测量、位移及应变测量、振动分析及形变测量、流体参数测量、三维形状测量等等。八十年代以来随着电子技术、计算机技术、信息和图像处理技术等新技术的发展，形成了融合计算机辅助测试技术的数字化、自动化、智能化的计算机辅助光学测量虚拟仪器。在机械、土木、水利等诸多领域的检测和测量中有着非常重要的地位。 1.2  激光散斑方法的应用 1.2.1 在振动测量中的应用 在利用电子散斑干涉法测量物体振动时，最常用的方法是时间平均法，但这种方法得到的振动条纹是由第1类零阶贝塞耳函数产生的。 由于贝塞耳函数随自变量的增加迅速衰减的特性和散斑噪声的存在，振动条纹的质量明显降低。 为了克服这一缺点，有的研究者通过对贝塞尔函数取余弦近似和控制参考振动的相位和振幅，实现了0.12-1.2μm ，振动的精确测量。为了进行大范围全场测量物体的纳米级微小振动，在参考光路中引入了和物体同频率的参考振动（正弦相位调制SPM），通过相移和参考振动振幅加减法实现了纳米全场振动测量。 一般情况下，振动物体进行定量测量要求振动物体、光源及记录系统必须同步，而且需要引入相移或载波条纹技术。 这使得测量系统复杂且易受环境噪声影响。近年来，研究人员研发了一种时间散斑图干涉法或称时间序列散斑图干涉法。 这种方法利用传统的ESPI技术，在测量振动时不需要引入相移和载波条纹，而是通过控制曝光频率与振动频率等各参数间的关系，实施一系列特殊的算法，获得物体的振幅和相位，灵敏度达到了半个波长的量级。 1.2.2 在位移测量中的应用 错位数字散斑干涉术的光路结构简单，防震要求低，已得到广泛的应用。 利用渥拉斯顿棱镜的双折射现象产生大错位的成本较高，同时光学质量难以保证均匀一致，波像差较大，影响了干涉条纹图的质量。 对此不足之处，已有科学家提出了在像空间放置光栅，取代渥拉斯顿棱镜，实现大错位数字散斑干涉，并对受均布载荷的周界固定方板的离面位移场进行了实测，其位移测量灵敏度和精度为λ/4。 用电子散斑对物体面内形变位移进行测量时，对于面内两个敏感矢量方向的位移只能分别测量，这就不可避免地限制了它的应用范围。 为了同时获得面内两个方向的位移，研究者们提出了一种能同时测量面内全场位移的测量系统。 该系统用分光镜将激光器发出的相干光分成强度相等的四束光，把这四束光分成两组，每组中的两束光偏振状态相同，组与组之间的偏振态互相垂直，用一套摄像及图像处理系统对物体表面散斑场同时记录和处理，获得物体表面两个位移的条纹图，从而同时得到面内位移的两个分量。 由于ESPI技术对机械振动、 大气扰动及环境噪音相当敏感， 要求物光路和参考光路在测量中保持相对静止或同步变化，所以它对于测量环境要求比较苛刻，远不能满足工程的需要。 为使ESPI技术能够在工程实践中得到应用，人们提出了多种退敏感光路，降低了对测量环境的要求，其中有一种是ESPI近程补偿干涉装置。 它的方法是：在被测样品前放参考玻璃板，激光束发出的光经毛玻璃反射后透过参考玻璃板照到被测样品上，从参考玻璃板和被测样品反射回的光相互干涉成像在CCD摄像机上。利用它来测量麦克风上膜片的离面位移，取得了比较满意的效果。 ESPI 一般采取减模方式处理图像，但其中的高频噪声很难除去。 为了消除高频噪声，获得高信噪比的图像，有的科学家采用平均中通滤波和小波变换相结合的方法。 应用在静态和动态离面位移的测量上得到了高信噪比图像。