【摘 要】
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激光波数扫描干涉（Wavenumber Scanning Interferometry,WSI）是结合波数扫描和全场测量方式发展起来的高精度层析测量技术。通过采用相位对照技术,WSI能够对材料内部的变形场和应变场进行层析测量,是现代光学检测中极具发展潜力和使用前景的光测力学技术。尽管WSI在复合材料内部变形场和应变场的层析测量中表现出优越的性能,但在实际应用中仍然存在两个需要解决的问题:（1）激光
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激光波数扫描干涉（Wavenumber Scanning Interferometry,WSI）是结合波数扫描和全场测量方式发展起来的高精度层析测量技术。通过采用相位对照技术,WSI能够对材料内部的变形场和应变场进行层析测量,是现代光学检测中极具发展潜力和使用前景的光测力学技术。尽管WSI在复合材料内部变形场和应变场的层析测量中表现出优越的性能,但在实际应用中仍然存在两个需要解决的问题:（1）激光器的无跳模波数输出范围较窄导致系统的深度测量分辨率不足,无法有效地解调出被测材料内部的干涉信息;（2）受散斑去相关影响,在形变较大情形下,WSI应变重构信噪比低。本文先对WSI的相关原理进行分析与讨论,并介绍了本文作者课题组搭建出的WSI测量系统。为解决上述问题,本文从以下两个方面进行理论研究和方法验证:（1）本文尝试对激光器的多个无跳模波数输出带宽进行波数合成,并提出使用实数域迭代自适应法（Real-valued Iterative Adaptive Approach,RIAA）来进行数据解调。该方法通过构造干涉频谱稀疏优化模型,并使用干涉频谱矩阵优化对层析干涉信号的幅频和相频信息进行解调,有效地抑制异常旁瓣的干扰,在无需更改硬件系统的前提下较大幅度地提升系统的层析分辨率。实验结果表明RIAA在波数合成下能够成功解调出干涉信号的内部信息,并且能够达到甚至超过激光器连续扫描与合成波数序列相同带宽时标准变换域方法的深度测量分辨率,提高了系统的测量精度。（2）本文提出了一种从相位数据中进行累积应变估计的自适应增量方法。该方法首先通过映射二进制噪声图来统计相位噪声点的数量。在预设噪声阈值后,该方法根据相位噪声比来自适应调整帧间间隔,然后对两帧间的差分相位使用矢量平均法计算应变并对变形过程中的多个应变场进行累加,最后在减少累积次数的同时实现累积应变的有效估计,克服散斑去相关导致的应变信噪比过低的问题。利用相位噪声的强弱与散斑去相关的不同应变率有关这一特点,该方法能以高计算效率来估计大变形下的应变场以及增强样品变形非线性变化中的信噪比。聚合物固化实验表明了自适应增量法在估计大应变时具有较高的鲁棒性以及计算效率,提高了复杂场景下增量法的实用性。
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