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光学精密测量技术研究 ——山东师范大学孙平教授

2017-09-13

 

孙平,工学博士,山东师范大学物理与电子科学学院教授,博士生导师,研究方向为光学精密检测技术。长期从事金属材料力学性能测量与分析、散斑测量技术及仪器研制、云纹测量技术及研制、投影栅面形测量等光学测量技术研究,发表SCI、EI收录论文50余篇。

 

三维电子散斑干涉仪

 

三维电子散斑干涉仪可用于细观力学、断裂力学、复合材料力学、结构强度及温度应力测试等研究领域。对于结构模型、现代工程及其他许多领域同样具有重要意义。因为力学工程问题多为三维问题,对于工程结构体,其复杂变形可归为三维位移分量,精确测量物体三维位移分量,进而可知其三维的应力、应变分布,对机械部件的设计、刚度与强度分析都有实际意义,而测量三维位移以及加载系统与测量系统的匹配是变形测量技术的难点。

 

孙平教授研发的新型三维电子散斑干涉仪,采用大错位方棱镜技术合成光束,具有系统简单、不需要专门引入参考光等优点。干涉仪具有相移功能和三维载频同时调制功能,可同时测量x、y、z三个坐标轴方向上的位移场,测量面积达到70mm×70mm,测量灵敏度达到λ/1000。

 

三维电子散斑干涉仪由主体框架结构、三组激光器和扩束镜、PZT相移系统(参考物面)、载频调制系统(参考物面)、大错位方棱镜、CCD摄像机、计算机图像处理系统等组成。

 

主体框架采用直板构成的三角稳定框架,由于照明角度决定了位移分量测量的灵敏度,因此,为了能够调节照明光角度,直板开槽方便安装激光器和激光器位置调节。三组激光器及扩束镜构成被测物面和参考面的照明系统。激光器和扩束镜连体布置,安装在可调节平衡的底座上,底座与三角支架用M6螺丝固连。为保证干涉效果,激光束扩束后照射到试件表面上,要求有近似相等的照明光强,照明范围大体相等。

 

小型螺旋自平衡加载架

 

小型螺旋自平衡加载架是为光学干涉仪或干涉测量系统匹配的试件加载装置,能够实现三点弯曲、拉伸、压缩等加载方式。在光力学及工程精密试验中,常遇到的加载系统与测量系统不匹配的问题。国内现有的加载装置,均为上下载或下加载方式,加载试件可调节范围很小,对光力学精密试验造成严重影响。

 

孙平教授设计的小型螺旋自平衡加载架采用自平衡技术,加载稳定,试件位置可调,方便加载系统与测量系统的匹配,不会对加载试件造成任何的光线遮挡,有利于在各个方向上的光学测量,适合光测的要求。结合传感器技术,使加载系统更加稳定,加载量更加精确。