数字采样云纹法及其应用

摘要

采样云纹法是一种适用于宏微观形貌、位移和应变测量的新方法。1984年，由Bell和Koliopoulos提出了采用数字信号处理技术生成云纹条纹的采样云纹法，这种数字云纹的形成不需要参考光栅。近几年来，一些学者进一步发展了采样云纹法，将光栅紧贴在物体表面，用CCD摄像机记录粘在物体表面上的光栅图像，取出其中一幅变形前图像和一幅变形后图像，然后分别进行采样和插值等操作获取变形前后的多帧相移云纹条纹图，通过相移法计算出变形前后云纹条纹的全场相位，再经相应公式计算可得到物体的位移和应变分布。采样云纹法的优点是精度高、速度快、可自动化分析，稳定且成本低。
　　本文在介绍采样云纹法基本原理的基础上，分析了其产生误差的几个因素，并给出了误差补偿方法，通过实验分析了采样云纹法的精度和灵敏度，搭建了采样相机实验系统，给出了其性能指标。此外，将采样云纹法应用于结构变形分布测量、结构振动参数测量和高频光栅节距误差分析等三个方面。
　　首先，将采样云纹法应用于三点弯曲铝梁的全场挠度测量，实验结果显示采样云纹法可应用于结构的小变形测量。
　　其次，将采样云纹法应用于测量振动试验台的振动波形、振幅和频率，实验结果显示采样云纹法能正确测定振动波形、振幅和频率。
　　最后，将采样云纹法应用于高频光栅节距的误差分析，在基于采样云纹法原理的基础上，提出了栅线畸变评价方法，对所制备高频光栅节距的误差进行分析，结果显示采样云纹法可为高频光栅提供误差评价手段。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本课题的研究背景和意义

1．2 宏微观尺度的非接触变形测量技术

1．3 云纹法现状

1．3．1 传统云纹法

1．3．2 数字云纹法

1．4 本文的主要工作

2 数字采样云纹法

2．1 基本原理

2．1．1 采样云纹形成机制

2．1．2 引入相移法

2．1．3 相位去包裹

2．2 误差分析

2．2．1 光栅模式

2．2．2 采样间距

2．2．3 插值方式

2．2．3 其他因素

2．3 误差补偿

2．3．1 补偿原理

2．3．2 补偿方法

2．3．3 仿真验证

2．4 位移测量

2．4．1 理论分析

2．4．2 平动实验

2．4．3 变频实验

2．4．4 灵敏度分析

2．5 采样相机实验系统

2．5．1 基于PC的系统组成

2．5．2 性能指标

2．6 小结

3 结构变形测量

3．1 引言

3．2 测量原理

3．2．1 采样云纹法

3．2．2 面内位移测量

3．3 实验细节

3．3．1 实验设备

3．3．2 三点弯曲实验

3．4 结果与讨论

3．5 小结

4 结构振动参数测量

4．1 引言

4．2 测量原理

4．2．1 采样云纹法

4．2．2 面内位移测量

4．3 实验细节

4．3．1 实验设备

4．3．2 振动实验

4．4 结果与讨论

4．5 小结

5 高频光栅节距误差分析

5．1 引言

5．2 测量原理

5．2．1 采样云纹法

5．2．2 栅线畸变评价方法

5．2．2 仿真

5．3 高频光栅制备

5．4 高频光栅节距误差分析

5．4．1 平行光栅

5．4．2 正交光栅

5．4．3 误差统计分析

5．5 小结

结论

参考文献

附录A 公式推导

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢