透射虚栅计量法及其在液面微变形测量中的应用-论文.pdf

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1、第39卷第9期中国激光Vo1．39，NO．92012年9月CHINESEJOURNALOFLASERSSeptember，2012透射虚栅计量法及其在液面微变形测量中的应用赵玉臣黄先富刘战伟谢惠民。何光。北京理工大学宇航学院力学系，北京10008l清华大学工程力学系，北京100084。北京理工大学机电学院，北京100081摘要提出了一种非接触式结构光测量液面微变形剖面曲线的方法。基于几何透射虚栅变形的原理，推导了液面离面变形与水底虚栅面内位移之问的数学关系。将一张单向几何光栅(频率为l～5lin

2、e／mm)置于盛有已发生变形的水的透明水槽下方，并在水槽上方布置电荷耦合器件(CCD)相机，记录下因液面离面变形而产生的透射虚栅变形图。使用条纹中心算法对所采集的变形栅图进行细化、赋级和插值运算，可得到该虚栅图的位移矢量场。将之代入所推导的数学关系式中，即可迭代求得液面的离面变形剖面曲线。运用该方法对一分硬币漂浮于水面时引起的液面离面变形剖面曲线进行求解绘制，所测得结果与已有文献的结果相比较相差仅为2，证明了该方法的有效性和可行性。关键词测量；液面形貌；透射虚栅；离面位移；硬币中图分类号0348

3、文献标识码Adoi：10．3788／CJL2Ol239．0908001Transmission-VirtualGratingMethodandItsApplicationsinMeasuringDeformedLiquidSurfaceZhaoYuchenHuangXianfuLiuZhanweiXieHuimin。HeGuang。SchoolofAerospaceEngineering，BeijingInstituteo『’Technology，Beijing100081，China。Depa

4、rtmentofEngineeringMechanics，TsinghuaUnivers，Beijing100084，China。School’MechatronicalEngineering，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，ChinaAbstractAnovelmethodbasedupondeformedtransmission—virtualgratingiSproposedfordeterminationofdeformedliqui

5、dsurface．Mathematicrelationsbetweenout．of—planedisplacementofdeformed1iquidsurfaceandin．planedisplacementoftransmission-virtualgratingforthemethodarederived．Byaddressinganorthogonalgrating(1～5line／mm)underthetransparentwatergrooveandthencapturingimag

6、esfromupsetofthedeformedwatersurface，adisplacementvectorofful1．fieldwhichdirectlyassociatesthethree—dimensiona1(3D)deformedliquidsurfacethencanbeevaluatedbyprocessingtherecordeddeformedfringepatternbyusingspecialalgorithm．Bysubstitutingthedisplacemen

7、tfieldtotheobtainedequationsthentheout．of—planedisplacementof3Ddeformedliquidsurfacecanbecalculated．ValidationtesttomeasurethedeformedwatersurfacecausedbyaChineseone．centcoinhasbeenconducted．Theresultagreeswiththepreviousliterature，withexceptaslightd

8、ifferenceof2％．whichdemonstra伦Sthefeasibilityofthedevelopedmethod．Keywordsmeasurement；deformedliquidsurface；transmission—virtualgrating；out．of—planedisplacement：coin0CIScodes120．6650；12O．2830；120．3940；050．2770：1O0．2650收稿日期：2012-0305；收到修改稿日期：2012—0518基