光学干涉计量用于振动测量的算法和实验研究.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论光学干涉计量用于振动测量的算法和实验研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：杨狲固体力学伍小平院士缪泓教授二。一二年十月十一日文UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeResearchorltheVibrationMeasurementusingOpticalInterferometryAuthor’SName：YangChongspeciality：SolidMechanics,ItSupervisor：Prof．WuXiaopingProf．MiaoHongF

2、inishedtime：Oct．11lh，2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一。学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检

3、索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名：签字日期：导师签名：签字日期：摘要光学干涉计量方法具有一系列独特的优点，包括非接触、非破坏、高精度和高灵敏度等，在生产和研究中获得了广泛的应用。光学干涉计量方法主要可分为两大类，全场干涉计量如全息、散斑、云纹方法等，以及激光多普勒测量。近年来，随着高速信号采集系统的发展，光学干涉计量用于动态测量的研究成为实验力学的一大热点。本文对两大类光学干涉计量方法在振动测量的理论和实验方法进行了研究，来提高测量的精度和分辨率。其中，全场干涉计量法以数字

4、全息干涉计量法为代表。随着高速数字图像传感器如CCD(Charge．coupledDevice)的发展，数字全息干涉计量得以实现全息图采集的自动化，为其在振动测量领域的应用奠定了基础。本文对数字全息干涉计量进行了理论分析，对影响其分辨率和重建像复振幅的因素进行了分析。针对目前通用的数字全息时间序列测振方法在算法方面的不足，总结和改进了复数域的三维加窗傅里叶处理方法，有效提高了振动参数提取的精度。窗口傅里叶变换是用于位相提取的有力工具之一，而窗口尺寸是影响窗口傅里叶变换效果的主要因素。本文对窗口尺寸如何选择的问题进行了研究，得出了最佳窗口尺寸的理论并进行了模拟和实验验证。对鼓膜的自由振动和小

5、尺寸悬臂梁的简谐振动，采用离轴菲涅耳数字全息和预放大式数字全息进行了测量，应用复数域的三维加窗傅里叶处理方法，精确提取了试件在整个振动过程中的位移、速度和加速度数据。．同全场干涉计量法相比，单点测量的激光多普勒测振方法的时间分辨率高但空间分辨率却很低，使其在一些应用领域如振型测量方面受到限制。因此，本文对单光源单探测器的多点同步激光多普勒测振方法进行了介绍，采用多项式插值同加窗傅里叶滤波相结合的算法，来测量和重建梁的振型，提高了振型测量的分辨率和精度。通过多点激光多普勒测振方法完成了对悬臂梁在简谐激励下的稳态振动和冲击载荷作用下的瞬态响应的测量，利用多项式插值结合加窗傅里叶滤波算法重构了振

6、动响应，并将实验结果同有限元模拟结果进行了比对。关键词：光学干涉计量数字全息激光多普勒测振振动测量窗口傅里叶变换ⅡABSlRACTABSTRACTopticalinterferometryenjoysmanyuniqueadvantagesofbeingnoncontact,nondestructive，higllprecisionandresolution，thereforehasthebroadandparticularapplicationprospect．Generallytherearetwotypesofopticalinterferometrytechniques：camer

7、a-basedwhole—fieldopticalinterferometryandphotodetector-basedlaserDopplervibrometry．Vibrationmeasurementusingboththetwomethodsaleresearchedinthispaper．Digitalholographicinterferomeryisselectedastherepresentativeo