[发明专利]用于应力场偏振参数动态成像的结构与光场联合仿真方法

说明书

本发明公开了一种用于应力场偏振参数动态成像的结构与光场联合仿真方法，首先建立受载待测样品的有限元模型，进行模型的有限元结构仿真：包括建立待测样品受载时的几何模型，并赋予模型材料参数，进行网格参数设置，对模型施加载荷，进行瞬态时域仿真；然后搭建偏振参数动态成像系统光路，并根据此光路推导光线到达偏振相机时的光强函数公式；最后提取上述有限元求解结果的节点应力信息，根据光强函数公式计算各节点对应的光强数值。本发明能够得到较为精确的受载待测样品应力场结果，利用光强函数模型能够得到较为符合实际情况的光场结果。

技术领域

本发明属于微结构力学和物理参量测量光学成像领域，特别是一种用于应力场偏振参数动态成像的结构与光场联合仿真方法。

背景技术

对于高集成度的MEMS结构，目前多采用光学测量方法来实现对微结构力学参量的动态测量，光学测量方法具有非接触、响应快、精度高且全场测量等优点已成为MEMS中一种主要的动态测试手段，传统的光学测量方法已经较为成熟，如激光多普勒测振技术、频闪干涉测振技术和计算机微视觉技术等能够实现对大多数微结构离面和面内运动参数的精确测量；全息干涉法、散斑干涉法、云纹法、几何相位法及光弹法等具有全场测量、动态测量、非接触测量的特点，能够实现对微结构表面力学参量的测量；而基于偏振参数的动态成像方法，可以在一次测量中得到微结构的各个偏振参数图像，从而以不同角度来综合分析微结构受载后的力学行为，实现微结构力学参量测量的超分辨。

目前，还没有一个对于基于偏振参数的动态成像系统的整个成像过程进行仿真分析的方法，因此无法在实验前通过仿真的方式对结果进行预测分析，也就无法通过仿真分析来优化成像过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于应力场偏振参数动态成像的结构与光场联合仿真方法，以解决上述偏振参数动态成像系统的成像过程缺乏仿真分析作为实验参考依据的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种用于应力场偏振参数动态成像的结构与光场联合仿真方法，包括以下步骤：

步骤1、建立受载待测样品的有限元模型，进行模型的有限元结构仿真：包括建立待测样品受载时的几何模型，并赋予模型材料参数，进行网格参数设置，对模型施加载荷，进行瞬态时域仿真；

步骤2、搭建偏振参数动态成像系统光路，并根据此光路推导光线到达偏振相机时的光强函数公式；

步骤3、提取上述有限元求解结果的节点应力信息，根据光强函数公式计算各节点对应的光强数值。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

本发明利用有限元算法能够得到较为精确的受载待测样品应力场结果，利用光强函数模型能够得到较为符合实际情况的光场结果，本发明可以为基于应力场偏振参数动态成像系统提供仿真结果作为后续实验以及结构优化的参考，也适用于待测样品受到不同载荷激励、多种载荷共同激励的情况。

附图说明

图1为一种用于应力场偏振参数动态成像的结构与光场联合仿真方法的流程图。

图2为应力场偏振参数动态成像系统的光路图。

图3为光强公式推导所用到的光路各光学元件与结构主应力间的角度关系图。

图4为一种用于应力场偏振参数动态成像的结构与光场联合仿真方法的仿真结果图，图(a)、(b)、(c)、(d)分别为50MHz超声载荷激励下振动传播0.2微秒、0.3微秒、0.4微秒和0.5微秒时刻石英玻璃截面上产生的振动条纹45度偏振图像和90度偏振图像。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。