[发明专利]基于相移微镜的滑油磨粒三维成像系统

说明书

本发明提供一种基于相移微镜的滑油磨粒三维成像系统，包括光源系统、第一分束器、第二分束器、采样系统、相位调制系统和探测系统；光源系统发出的平行光束入射至第一分束器被分为反射光束和透射光束；反射光束经过第二分束器的透射后入射至采样系统得到带有滑油样品信息的样品光束原路返回至第二分束器；透射光束入射至相位调制系统进行相位调制后得到参考光束入射至第二分束器；参考光束和样品光束发生干涉，形成干涉光束后入射至探测系统得到干涉光束的干涉光谱信息；从干涉光谱信息中提取出干涉光强表达式中的互相关项的振幅和相位信息构建干涉光束信号的复函数，然后对复函数进行傅里叶变换，最终得到清晰的滑油磨粒三维重建图像。

技术领域

本发明涉及成像仪器技术领域，特别涉及一种基于相移微镜的滑油磨粒三维成像系统。

背景技术

航空发动机是飞机的关键部件，其内部构造复杂，在高温和高负荷的条件下容易产生部件磨损的问题，严重威胁航空发动机的运行安全。在飞机因机械原因发生的重大事故中，约40％由发动机故障所致，其中磨损引起的失效占80％以上。因此，对航空发动机的磨损状态进行检测，对加速航空发动机的研制及保障服役安全、避免灾难性安全事故具有重大意义。滑油在航空发动机中用以润滑、冷却和清洁发动机的轴承、齿轮等活动部件，当发动机发生磨损时，零部件表面产生的磨粒会进入滑油系统，导致油液中含有因各种类型磨损产生的不同形状的磨粒。当磨粒的生成速率突然增加，说明发动机出现异常磨损；磨粒形态和成分可以判断发动机的磨损部位；磨粒数量、形貌和尺寸则可以判断磨损类型和磨损程度。因此，对滑油中的磨粒数量、尺寸和形状等特征参数进行检测，能够有效评估航空发动机设备磨损状态。

目前现有的磨粒检测方法是通过采用光学、电磁学、化学等方法获取滑油磨粒的各项指标，从而判断航空发动机的磨损状态。按检测方式可以分为离线和在线检测，离线检测通常先对油样进行采集，然后采用铁谱法、扫描电镜或原子发射光谱等方法分析油液样本，虽然检测精度较高，但耗费较大的人力物力，且无法及时获得发动机的磨损状态信息。而现有的在线检测方法则主要采用以电磁感应为基本原理的检测器，大都局限于滑油的颗粒大小和数量的检测，无法获取形状信息。目前，磨粒检测技术检测灵敏度和计数可靠度越来越高，磨粒信息从简单的原始信号特征提取向图形图像分析和精细特征提取分类的方向发展，同时检测方式也转向主动控制滑油和磨粒的方式来提高磨粒检测效率和可靠性。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种基于相移微镜的滑油磨粒三维成像系统，基于光的干涉原理提取磨粒的三维信息，解决了传统检测方法难以实现磨粒三维成像的问题，利用马赫曾德尔干涉结构，获取样品光束和参考光束的干涉光谱，进行傅里叶变换等处理实现磨粒的三维成像。同时，采用相移微镜结构实现多通道静态相位调制，解决了单通道成像的镜像和寄生像等问题，具有成像速度快、清晰度高、稳定性好，结构紧凑的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种基于相移微镜的滑油磨粒三维成像系统，包括光源系统、第一分束器、第二分束器、采样系统、相位调制系统和探测系统；

所述光源系统发出的平行光束入射至所述第一分束器被分为反射光束和透射光束；

其中，反射光束经过所述第二分束器的透射后入射至采样系统；透射光束入射至相位调制系统；

所述采样系统包括：扫描反射镜、物镜和油液磨粒检测区；

所述采样系统用于对所述油液磨粒检测区上的滑油样品的三维信息进行采集，所述油液磨粒检测区用于承载从航空发动机中提取的滑油样品；

所述扫描反射镜设置为矩形并以其反射面的对称轴为旋转中心进行转动，所述扫描反射镜中心与所述物镜的像方焦点重合；

所述相位调制系统包括：平面反射镜和相移微镜；

其中，