数字全息干涉位移场分离研究

提出了一种基于窗口傅里叶脊的离面与面内位移分 离方法,应用于数字全息的多分量干涉相位场 分离。首先,物光束对称照射待测物体, 参考光束直接照射CCD靶面,由CCD相机记录物体变形前后的两幅离轴数字全息图;然后,采 用菲涅尔衍射积分法再现物体变形前后的复物光场,再由两幅复物光场共轭相 乘构建干涉场,利用幅度区分准则和窗口傅里叶变换处理复干涉场,通过窗口傅里叶脊值的 搜索,提取不 同灵敏度矢量物光对应的干涉相位分量;再对干涉相位场进行简单数值运算,将面内与离面 位移场分离出 来。最后,对周边固定、点加载、绕轴向旋转的Al制圆盘三维位移场进行实际测量。实验结 果验证了本文方法的有效性。     

载频电子散斑位移场分离技术研究

提出了载波调制分离位移场的方法.在双光束电子散斑干涉(ESPI)中增加参考光,使这路参考光为两光束所共用.通过偏转物体引入载波调制条纹,具有条纹对比度高的优点.物体加载后,载波条纹受物体变形的调制而发生弯曲变形.实验时,两束光各自独立地对变形物体进行测量,采集物体变形前后的条纹,利用傅里叶变换法,可分别解调得到包含离面和面内位移信息的2幅位移图.理论分析表明,只需简单的位相运算,就能够将面内位移场与离面位移场分离.利用典型的周边固定、中心加载的圆盘实验,表明了该方法的可行性;周边固定、中心加载的圆盘变形所包含的面内位移大小与离面位移相比,大约低1个数量级.     

基于面内补偿的微机电系统离面运动测试

将频闪成像技术和相移显微干涉技术相结合,提出了一种基于面内补偿的微机电系统(MEMS)离面运动测试方法。首先通过相移显微干涉技术自动采集MEMS结构运动周期内不同准静态位置处的数帧相移干涉图像;然后通过图像处理得到每个准静态位置的亮场图像,进行面内位移测试;最后利用面内位移测试结果对离面位移测试进行补偿,即双相位展开算法,完成对于MEMS结构的离面运动测试。实验结果表明:面内运动的测试的精度可达0.01 pixel,静态离面高度测试的重复精度可达0.52 nm,可以完成伴随着面内位移的MEMS离面位移测试。     

相位差异散斑成像技术验证实验

相位差异散斑成像综合了相位差异和散斑成像两种图像处理方法,相位差异同时采集已知相位差的离焦和在焦图像,联合恢复目标图像和解算波前相位,相位差异散斑成像是在相位差异的基础上,利用多帧短曝光图像组来解算出它们所对应的波前畸变序列,同时对图像进行恢复,每帧图像组由在焦和已知离焦量的两幅图像组成。为了实践相位差异散斑成像技术,分别在室内和室外做了相关实验,在室内利用变形镜模拟光学系统像差,利用精密位移台移动相机分时采集焦面和离焦面两幅图像,恢复后的图像分辨率提高12%;室外利用某望远镜光学系统,在其后放置分光棱镜将光束平均分给焦面和离焦面两台相机,外触发同时采集短曝光图像,对20 km外的目标成像,经过单帧和多帧图像的恢复,目标图像分辨率得到显著提高。实验结果证明:相位差异散斑成像技术可广泛应用于靶场光学设备测量和地基大口径望远镜的探测成像。     

大位移电子散斑干涉法

针对电子散斑干涉（ESPI）法处理大位移时的困难,提出了一种改进的ESPI法。将数字散斑相关法（DSCM）引入ESPI中,由DSCM计算引起散斑去相关的面内位移,将所得二维面内位移对失配散斑场进行校准,恢复干涉条纹。用对离面位移敏感的ESPI光路,结合相移方法求得对应离面位移的相位数据,和二维面内位移一起,构成物体三维位移。对周边同定、中心加载的有机玻璃试件进行了测量,结果表明能产生质量干涉条纹,证明该方法是合理、可行的。     

一种数字剪切散斑检测离面位移的计算方法

本文在阐述数字剪切散斑条纹及条纹骨架线的获得方法的基础上,对条纹骨架线沿剪切方向进行相位拟合,从而获得与离面位移导数成比例的相位变化曲线。通过引入高斯插值函数,即可定量标定出离面位移分布。同时进行了理论模拟和实验研究,结果表明该方法切实可行。为数字剪切散斑定量检测离面位移提供一种有效的计算方法。     

面内微位移测量的散斑相位涡旋相关方法研究

提出了用散斑相位涡旋相关方法测量面内微位移。 首先利用拉盖尔-高斯变换, 将光强灰度图的实值信号I(x,y)变为复光强信号(x,y),获得涡 旋分布矩阵;然后,以涡旋 核结构参数的偏心率e作为特征因子进行相关运算;最终实现面内微位移的测量。在相同计 算机配置下,对毛玻璃的面内位移进行了测量,结果显示,散斑相位涡旋相关法的平均计算 时间为35.4ms,传统数字散斑相关法(DSCM)的平均计 算时间为376.7ms,而两者的相对误差均小于5%,这与数值模拟结果 相符。实验结果与数值 模拟结果表明,散斑相位涡旋相关方法可准确测量面内微位移,与传统DSCM相比,在保持相 同测量精度的前提下,计算效率至少提高了1个数量级。     

离面位移数字散斑干涉系统测量材料内部缺陷

为了实现对材料内部较深层缺陷的大小和深度的检测,采用弹性理论分析并结合离面位移数字散斑干涉实验的方法,分析了含内部缺陷试件的离面位移分布,并给出了理论解。同时用数字散斑干涉和数值仿真得出试件的离面位移,将3种方法得到的离面位移及其1阶导数的分布做了对比,由对比结果可知,理论、实验及仿真得到的结果非常吻合,并对误差做了分析。从实验得到离面位移的1阶导数可获得缺陷的大小,结合理论计算出缺陷的深度,二者的误差都在允许范围之内。结果表明,利用离面位移数字散斑干涉系统测量材料内部较深层缺陷具有很高的准确性。     

一次光学变换同时提取面内与离面位移信息

我们在文献[1]中已报导了我们采用的全息干涉法与斑纹干涉法相结合来测量物体三维微小位移的实验。虽然是在同一张底片上记录了物体面内与离面位移的信息,但是提取这两种信息仍要分两步来完成。即先用重现全息图的方法提取出物体离面位移的信息,然后对底片作光学傅里叶变换提取出     

两次散斑干涉法

文章分析了散班干涉法中法向位移对面内位移的干扰,提出了新的实验方法——两次散斑干涉法,分离面内位移和法向位移.     

透射虚栅计量法及其在液面微变形测量中的应用

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间的数学关系。将一张单向几何光栅(频率为1～5line/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。     

三自由度介电型EAP软材料位置传感器研究

基于介电型电活性聚合物(EAP)变形时的电容值变化原理,设计并实现一种三自由度软材料位置传感器,其内框可沿平面和法向移动,分别用于检测平面和法向位移。建立该传感器的几何模型,推导出其电容值变化和内框位移的关系。采用差分法测试该传感器的电容值变化,分析了面对面两个传感单元的电容值差和内框的平面位移、单个传感单元的电容值和内框的法向位移之间的关系,测试得到其平面和法向位移灵敏度分别为66.69pF/mm、0.47pF/mm~2,与理论分析结果较吻合。该位置传感器的理论与测试分析结果验证了介电型EAP应用于位置传感器中的可行性。     

Local Piezoelectricity and Polarity Distribution of Preferred <Emphasis Type="Italic">c</Emphasis>-Axis-Oriented ZnO Film Investigated by Piezoresponse Force Microscopy

The piezoelectric properties and polarity distribution of preferred c-axis-oriented ZnO films have been investigated using piezoresponse force microscopy (PFM). Simultaneous imaging of the morphology, as well as the magnitude and phase of the out-of-plane and in-plane piezoresponse, was performed by PFM on the ZnO films. The out-of-plane piezoresponse with two primary antiparallel spontaneous polarization orientations (upward and downward), which is perpendicular to the surface of the film, has been found, and the spontaneous polarization orientation of most grains is upward. Meanwhile, the in-plane piezoresponse has also been detected in some of the grains. In addition, the polarization orientation of the individual grains is discussed and determined by analyzing phase images of the out-of-plane and in-plane piezoresponse.     

MEMS三维静动态测试系统

采用集成频闪成像、计算机微视觉和显微干涉技术,研制了微机电系统(MEMS)三维静动态测试系统。系统可进行MEMS面内刚体运动、表面形貌、垂向变形和离面运动的测量。对于面内运动测量,提出了基于立方样条插值的亚像素步长相关模板匹配算法,从MEMS视觉图中提取面内位移,匹配精度为0．02pixels。对于离面运动测量,采用Hariharan 5步相移干涉(PSI)算法和去包裹算法,离面运动测量分辨率可达1nm。通过对Si微压力传感器膜和Si微陀螺仪的静动态测试,验证了系统的适用性和可靠性。     

Optical Measurement System for Motion Characterization of Surface Mount Technology

Advanced testing methods for the dynamics of mechanical microdevices are necessary to develop reliable, marketable microelectromechanical systems. A system for measuring the nanometer motions of microscopic structures has been demonstrated. Stop-action images of a target have been obtained with computer microvision, microscopic interferometry, and stroboscopic illuminator. It can be developed for measuring the in-plane-rigid-body motions, surface shapes, out-of-plane motions and deformations of microstructures.A new algorithm of sub-pixel step length correlation template matching is proposed to extract the in-plane displacement from vision images. Hariharan five-step phase-shift interferometry algorithm and unwrapping algorithms are adopted to measure the out-of-plane motions. It is demonstrated that the system can measure the motions of solder wetting in surface mount technology（SMT）.