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為力學實驗室儀器而生
2022-10-27 0
激光散斑測量使用的一種方法是散斑干涉法,能夠測量的位移分為面內位移和離面位移,其中面內位移即在平面內發生的位移,離面位移即垂直于平面的位移。
一、散斑的形成
使用被擴束后的平行光照射物塊表面,在空間出現隨機分布的亮斑和暗斑,稱為散斑。散斑隨銅塊的變形或運動而變化。在距離物體為Z的位置散斑的縱向和橫向尺寸分別為a和b,其中尺寸大小與激光波長、照明面積D和距離Z有關。在距離物體為Z處散斑縱向和橫向尺寸。其中,D為照明區直徑,λ為激光的波長。
二、測量面內位移
在物體形變前用ccd(類似于手機攝像頭的感光芯片,一種影像采集設備)或全息干板(類似膠卷相機的底片)對散斑圖像進行一次記錄,當物體受載后產生位移,在原位置進行第二次記錄,將兩次圖像相加,如果兩個散斑場面內的相對位移量大于散斑的橫向尺寸,則在相加后圖像將形成“雙孔”結構。它們和兩次記錄時物體表面上的兩組暗點散斑相對應,這兩組散斑上攜帶了物體的位移信息
用平行光照射“雙孔”結構的圖像,孔洞透光,其余部分不透光,小孔與小孔會形成類似楊氏干涉的條紋,條紋的間距能夠反映出兩幅圖像上小孔的間距,小孔的間距即圖像的位移。
三、測量離面位移
離面位移測量類似于邁克爾干涉儀,兩束準直光束對稱的照射參考平面和被測物表面,在成像平面上形成干涉條紋,設物塊發生離面位移,物體表面漫反射光和參考光分別為I和II,物體表面一點A產生u向位移達到B點時,則I方向從A點到B點減少了usinθ,II光程減少了usinθ,兩束光產生2usinθ,故物體上凡是u向位移滿足
n=0,±1,±2,±3……的點,在物體變形后探測器2上散斑場對應物面B點位置的亮度,經過一個循環變化又恢復到原來亮度,在這些區域上產生相關條紋.
電子散斑干涉儀,用來解決漫反射表面的形變測量問題。PhaseCam ESPI動態電子散斑干涉儀,可以解決在現場環境下的表面沿軸向的一維形變測量問題,精度達到nm級,而不用考慮環境振動帶來的影響。應用于大口徑拼接鏡的背部支撐材料的微變形測量。經典應用案例:美國JWST太空望遠鏡的主鏡的背部碳纖維支撐結構的微變形測量。
電子散斑干涉儀是表面的漫反射光進入干涉儀發生干涉,干涉圖樣為含有干涉信息的電子散斑噪聲。對兩次漫反射干涉的散斑進行波面相減操作,便可提取出樣品面形變化引起的相位信息。對該相位信息解析,就可以獲得形變量。由于采用了動態相移技術,即使在非隔振的環境下測量,也可以實現nm級測量精度。