光学系统及利用感光相机测量物体应变的方法技术方案

本发明专利技术的实施例提供一种光学系统及利用感光相机测量物体应变的方法，涉及物体应变测量技术领域，可对待测物体的应变量进行测量分析。一种光学系统，包括：相干光源、传输组件、感光相机和处理器；传输组件，用于使相干光源发出的光中物光和参考光沿不同的路径传输，并在到达感光相机前使参考光和物光合并；感光相机，包括微偏振片阵列和图像传感器；微偏振片阵列用于使物光和参考光发生干涉，图像传感器用于记录物光和参考光经过微偏振片阵列后产生的干涉条纹的光强信息；处理器，用于根据图像传感器记录的光强信息，计算得到从待测物体表面反射回的物光的相位信息；并根据待测物体变形前后的相位信息，得到待测物体的应变量。

The optical system and the method of measuring the strain of the object with the photosensitive camera

【技术实现步骤摘要】
光学系统及利用感光相机测量物体应变的方法
本专利技术涉及物体应变测量
，尤其涉及一种光学系统及利用感光相机测量物体应变的方法。
技术介绍
应变反应的是结构受力后产生的形变情况。应变测量在各类型结构材料在高温、高压、高速等复杂工作环境中的应用至关重要。应变测量结果可以反映出结构构件在工作过程中由于结构特点、动力载荷和环境载荷的作用下的力学情况，可以预防一些应力集中部位由于长时间循环载荷作用下产生材料的失效，造成系统出现整体毁灭性的损毁，如喷气式飞机的主翼，涡桨飞行器的螺旋桨等问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种光学系统及利用感光相机测量物体应变的方法，可对待测物体的应变量进行测量分析。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：一方面，提供一种光学系统，包括：相干光源、传输组件、感光相机和处理器。所述传输组件，用于使所述相干光源发出的光分成物光和参考光并沿不同的路径传输，并在到达所述感光相机前使所述参考光和所述物光合并。所述感光相机，设置于所述传输组件的输出端；所述感光相机包括微偏振片阵列和图像传感器；所述微偏振片阵列用于使所述物光和所述参考光发生干涉，所述图像传感器用于记录所述物光和所述参考光经过所述微偏振片阵列后产生的干涉条纹的光强信息。处理器，用于根据所述图像传感器记录的光强信息，计算得到从待测物体表面反射回的物光的相位信息；并根据待测物体变形前后的所述相位信息，计算得到待测物体的应变量。在一些实施例中，所述传输组件包括分光部件、物光传输部件、反射部件、合光部件和调光部件。所述分光部件，用于将所述相干光源发出的光分为偏振方向相互垂直的参考光和物光。所述物光传输部件，用于使所述物光射向待测物体，并反射经待测物体反射回的所述物光。所述反射部件，用于反射所述参考光。所述合光部件，用于将经所述反射部件反射的所述参考光和经所述物光传输部件反射的所述物光合并。所述调光部件，设置于所述合光部件的光线输出端；所述调光部件用于将线偏振光转化为圆偏振光。在一些实施例中，所述微偏振片阵列包括阵列排布的若干微偏振片，且阵列排布的若干所述微偏振片分成多个重复单元；所述重复单元包括相邻的2×2个所述微偏振片，所述重复单元中各所述微偏振片的偏振方向均不同。在此基础上，所述图像传感器包括若干感光元件；所述微偏振片与所述感光元件一一对应设置。在一些实施例中，所述处理器根据所述图像传感器记录的光强信息，计算得到从待测物体表面反射回的物光的相位信息，包括：针对所述微偏振片阵列的每个重复单元，所述重复单元中每个所述微偏振片对应的感光元件所记录的光强信息分别为I1、I2、I3和I4；根据公式(1)到公式(4)，计算得到其中，ω为与所述重复单元对应的四个所述感光元件接收的物光的相位信息；Is为物光的光强，Ir为参考光光强。所述处理器根据待测物体变形前后的所述相位信息，得到待测物体的应变量，包括：根据公式(5)，由公式(6)和公式(7)，计算得到与每个所述重复单元对应的四个所述感光元件所拍摄的待测物体表面在x和y方向的应变量；其中，εx和εy分别为x和y方向的应变量，x方向和y方向垂直；ω1(i,j)为待测物体变形后第i行第j列所述重复单元对应的四个所述感光元件接收的物光的相位信息；ω2(i,j)为待测物体变形前第i行第j列所述重复单元对应的四个所述感光元件接收的物光的相位信息；i和j为正整数；Δx和Δy分别为一个感光元件在x和y方向上对应的待测物体的实际尺寸。在一些实施例中，所述重复单元中4个所述微偏振片的偏振方向分别为0°、45°、90°、135°。在一些实施例中，所述分光部件为第一偏振分光棱镜；所述合光部件为第二偏振分光棱镜。在一些实施例中，所述物光传输部件为非偏振分光棱镜；所述反射部件为反射镜。在一些实施例中，所述调光部件为四分之一波片。在一些实施例中，在所述相干光源和所述分光部件之间还设置有两个焦距不同的准直扩束器。在一些实施例中，在所述相干光源和所述准直扩束器之间还设置有二分之一波片。另一方面，提供一种利用感光相机测量物体应变的方法，所述感光相机包括微偏振片阵列和图像传感器；所述微偏振片阵列包括阵列排布的若干微偏振片，且阵列排布的若干所述微偏振片分成多个重复单元；所述重复单元包括相邻的2×2个所述微偏振片，所述重复单元中各所述微偏振片的偏振方向均不同；所述图像传感器包括若干感光元件；所述微偏振片与所述感光元件一一对应设置。所述利用感光相机测量物体应变的方法，包括：根据所述感光元件记录的光强信息，计算得到感光元件接收的被待测物体反射的物光的相位信息，所述重复单元中每个微偏振片对应的感光元件所记录的光强信息分别为I1、I2、I3和I4；根据公式(1)到公式(4)，计算得到其中，ω为与所述重复单元对应的四个所述感光元件接收的所述物光的相位信息；Is为所述物光的光强，Ir为参考光光强；根据公式(5)，由公式(6)和公式(7)，计算得到与每个所述重复单元对应的四个所述感光元件所拍摄的待测物体表面在x和y方向的应变量；其中，εx和εy分别为x和y方向的应变量，x方向和y方向垂直；ω1(i,j)为待测物体变形后第i行第j列所述重复单元对应的四个所述感光元件接收的物光的相位信息；ω2(i,j)为待测物体变形前第i行第j列所述重复单元对应的四个所述感光元件接收的物光的相位信息；i和j为正整数；Δx和Δy分别为一个感光元件在x和y方向上对应的待测物体的实际尺寸。在一些实施例中，所述物光和所述参考光来自同一相干光源，所述相干光源发出的光被分成所述物光和所述参考光并沿不同路径传输，所述参考光和被所述待测物体反射的所述物光在到达所述感光相机前合并。再一方面，提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述的利用感光相机测量物体应变的方法。又一方面，提供一种电子设备，包括：处理器、存储器；所述存储器用于一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，实现如上述的利用感光相机测量物体应变的方法。本专利技术的实施例提供一种光学系统及利用感光相机测量物体应变的方法，由于相干光源发出的光中物光会射向待测物体，因而从待测物体表面反射回的物光会携带待测物体表面的空间位置信息。在此基础上，当参考光和从待测物体表面反射回的物光汇合后，物光和参考光会发生相移干涉，通过图像传感器记录物光和参考光经过微偏振片阵列后产生的干涉条纹的光强信息，便可对待测物体的应变量进行测量分析，从而可实时检测动态形变。可以应用于土木桥梁、飞行器，运输载具等的实时应变工况检测和监控。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，其特征在于，包括：相干光源、传输组件、感光相机和处理器；/n所述传输组件，用于使所述相干光源发出的光分成物光和参考光并沿不同的路径传输，并在到达所述感光相机前使所述参考光和所述物光合并；/n所述感光相机，设置于所述传输组件的输出端；所述感光相机包括微偏振片阵列和图像传感器；所述微偏振片阵列用于使所述物光和所述参考光发生干涉，所述图像传感器用于记录所述物光和所述参考光经过所述微偏振片阵列后产生的干涉条纹的光强信息；/n处理器，用于根据所述图像传感器记录的光强信息，计算得到从待测物体表面反射回的所述物光的相位信息；并根据待测物体变形前后的所述相位信息，计算得到待测物体的应变量。/n

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，其特征在于，包括：相干光源、传输组件、感光相机和处理器；
所述传输组件，用于使所述相干光源发出的光分成物光和参考光并沿不同的路径传输，并在到达所述感光相机前使所述参考光和所述物光合并；
所述感光相机，设置于所述传输组件的输出端；所述感光相机包括微偏振片阵列和图像传感器；所述微偏振片阵列用于使所述物光和所述参考光发生干涉，所述图像传感器用于记录所述物光和所述参考光经过所述微偏振片阵列后产生的干涉条纹的光强信息；
处理器，用于根据所述图像传感器记录的光强信息，计算得到从待测物体表面反射回的所述物光的相位信息；并根据待测物体变形前后的所述相位信息，计算得到待测物体的应变量。


2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述传输组件包括分光部件、物光传输部件、反射部件、合光部件和调光部件；
所述分光部件，用于将所述相干光源发出的光分为偏振方向相互垂直的参考光和物光；
所述物光传输部件，用于使所述物光射向所述待测物体，并反射经所述待测物体反射回的所述物光；
所述反射部件，用于反射所述参考光；
所述合光部件，用于将经所述反射部件反射的所述参考光和经所述物光传输部件反射的所述物光合并；
所述调光部件，设置于所述合光部件的光线输出端；所述调光部件用于将线偏振光转化为圆偏振光。


3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述微偏振片阵列包括阵列排布的若干微偏振片，且阵列排布的若干所述微偏振片分成多个重复单元；所述重复单元包括相邻的2×2个所述微偏振片，所述重复单元中各所述微偏振片的偏振方向均不同；
所述图像传感器包括若干感光元件；所述微偏振片与所述感光元件一一对应设置。


4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述处理器根据所述图像传感器记录的光强信息，计算得到从待测物体表面反射回的物光的相位信息，包括：
针对所述微偏振片阵列的每个重复单元，所述重复单元中每个所述微偏振片对应的感光元件所记录的光强信息分别为I1、I2、I3和I4；












根据公式(1)到公式(4)，计算得到
其中，ω为与所述重复单元对应的四个所述感光元件接收的物光的相位信息；Is为物光的光强，Ir为参考光光强。


5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述处理器根据待测物体变形前后的所述相位信息，得到待测物体的应变量，包括：
根据公式(5)，由公式(6)和公式(7)，计算得到与每个所述重复单元对应的四个所述感光元件所拍摄的待测物体表面在x和y方向的应变量；






其中，εx和εy分别为x和y方向的应变量，x方向和y方向垂直；ω1(i,j)为待测物体变形后第i行第j列所述重复单元对应的四个所述感光元件接收的物光的相位信息；ω2(i,j)为待测物体变形前第i行第j列所述重复单元对应的四个所述感光元件接收的物光的相位信息；i和j为正整数；Δx和Δy分别为一个感光元件在x和y方向上对应的待测物体的实际尺寸。


6.根据权利要求3所述的光学系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云天，张春旭，吴忠厚，张琼，戴珂，杨海鹏，江鹏，
申请(专利权)人：合肥京东方显示技术有限公司，京东方科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34