数字散斑干涉(dspi)研究的文献综述

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1、数字散斑干涉振动测量技术研究进展摘要：数字散斑干涉技术（DSPI）是一种光学测试方法，具有非接触、高灵敏度、全场、实时、无损检测的特点，在振动测量方面有着较大的优势。本文从图像处理、相移技术等方面阐述了数字散斑干涉振动测量的发展现状，并对其中的关键技术进行了比较和分析。关键词：数字散斑干涉，振动测量，数字图像处理，相移技术ResearchProgressonVibrationMeasurementUsingDigitalSpecklePatternInterferometryAbstract:Digital

2、specklepatterninterferometry(DSPI)isanopticaltestingandmeasuringmethod，anon-contact,high-sensitivity,full-field,real-time,non-destructiveone,whichhasanadvantageinvibrationanalysis.ThispaperintroducestherecentprogressonDSPIvibrationmeasurementfromaspectsofd

3、igitalimageprocessingandphaseshifting,alsocomparesandanalyzestheirkeytechnologies.Keywords:Digitalspecklepatterninterferometry;Vibrationmeasurement;Digitalimageprocessing;Phaseshifting0引言散斑计量技术是现代光测力学技术中的一种。它具有非接触、无损、全场、高精度、实时测量的特点，在轮廓、应变、位移和振动测量方面有着广泛的应用前

4、景[1]。目前广泛采用的振动测试技术，包括加速度传感器、应变式传感器等，由于均为单点测量，且会为结构带来附加质量，从而对振动产生影响，无法应用于微小振动测量。数字散斑干涉振动测量技术可以直接显示被测表面的模态振型，并且对环境稳定性的要求低于全息干涉方法[2]，这一系列优势使数字散斑干涉法成为激光测振技术中的一个重要分支。采用激光散斑来研究振动测量的方法，最先由Massey于1968年开始进行研究。随后发展起来的散斑剪切干涉法[3]，从而实现了对振动中形变的导数进行测量。在最初的散斑计量技术中，用于记录散斑条

5、纹图的介质为全息干板。此后，随着电子技术的发展，出现了采用磁带记录散斑图的测量方法，即电子散斑测量技术，最初于20世纪70年代初由J.N.Butters和J.A.Leendertz提出。在80年代，S.Nakadate等将数字图像处理技术引入散斑计量技术[4]。近年来，随着CCD和计算机图像处理技术的发展，数字散斑测量技术成为散斑计量的主要方式，并逐步淘汰了电子散斑技术和传统的干板记录方式。但在许多情况下，仍可将数字散斑技术与电子散斑技术统称为电子散斑技术。数字散斑干涉计量技术可以实现散斑图的相减，并能够在

6、计算机的辅助下进行滤波处理，提高了图像质量和信噪比，从而使测量精度和准确性有明显的改善。1数字散斑干涉振动测量概述1.1散斑干涉技术散斑是相干光波照射粗糙表面时，所形成的散射子波相互发生干涉而产生的随机分布斑点现象。表面的位移、形变等变化会相应地反映为散斑分布的变化。数字散斑干涉技术是利用参考光波与被测物体自身的散射子波之间的干涉效应进行的测试技术。在平板的振动测试中，采用对物体离面位移敏感的测量系统，其光路类似于迈克尔逊干涉仪。通过记录物体静止状态与振动状态下的多幅散斑图像，可经过滤波得到代表全场振幅分布

7、的条纹图像。数字散斑干涉采用数字元件，将所记录的散斑干涉条纹图转换为数字图像，存储于计算机中，进行后续运算及处理，从而使测试过程实现了数字化、自动化，提高了测量准确度和精度，并且实现了对结果的直观解释[5]。1.2时间平均法在振动测量中，数字散斑干涉技术常用的方法包括双曝光散斑干涉和时间平均法。时间平均法是目前最常用的全场分析方法，它使用较方便，便于仪器化，常用于静态或准静态过程测量，经改进可应用于离面稳态振动[6]，通过采用贝塞尔条纹准相移技术，引入和物体同频率的偏置参考振动。当参考振动的相位改变时，振动

8、条纹产生移动，相当于静态余弦条纹的相移，从而采用相移算法对散斑振动测量的贝塞尔条纹进行定量分析。由于贝塞尔函数具有随振幅增大而迅速衰减的特性，使得条纹质量较低，且不能得到某个特定相位下的振幅分布。材料中孔和开口是构件的薄弱部位，同时又常是工程中的重要结构，数字散斑干涉振动测量技术可应用于此类结构的无损检测和受载下工作状况分析[7]，以方形孔板为例，用不同频率对孔板进行激振，采用时间平均法进行分析，从而由CCD记录