利用数字全息干涉术测定材料的泊松比
全息干涉技术 实验报告
全息干涉技术实验报告全息干涉技术实验报告引言全息干涉技术是一种利用光的干涉现象来记录和再现物体三维信息的技术。
它的原理是将物体的光波信息与参考光波进行干涉，通过记录干涉图案来获取物体的全部信息。
本实验旨在通过实际操作和观察，深入了解全息干涉技术的原理和应用。
实验装置本次实验所用的全息干涉技术装置主要包括：激光器、分束器、物体平台、全息板、参考光源和光学元件等。
实验过程1. 准备工作：将物体放置在物体平台上，并调整好光路，确保激光器发出的光波经过分束器后能够照射到物体上。
2. 全息记录：打开激光器，使其发出的光波照射到物体上，同时打开参考光源，使其发出的光波与物体上的光波进行干涉。
通过调整光路和物体的位置，使干涉图案清晰可见。
然后，将全息板放置在干涉图案的位置，记录下干涉图案。
3. 全息再现：将已记录的全息图放置在全息装置中，照射激光光源，使光波经过全息图后形成干涉图案。
通过观察干涉图案，我们可以再现出物体的三维信息。
实验结果与讨论通过实验观察，我们可以发现全息干涉技术具有以下几个特点：1. 三维再现：全息干涉技术可以将物体的三维信息记录下来，并通过再现干涉图案来还原物体的形状和细节。
相比于传统的二维图像，全息图像更加真实和立体感强。
2. 高分辨率：全息干涉技术具有较高的分辨率，可以捕捉到物体的微小细节。
这使得它在科学研究、医学影像和工业检测等领域具有广泛的应用前景。
3. 实时观察：全息干涉技术可以实时观察物体的变化。
例如，在生物学研究中，可以通过全息干涉技术观察细胞的活动和变化过程。
4. 非接触性：全息干涉技术不需要直接接触物体，而是通过光波的干涉来记录和再现物体信息。
这在一些对物体敏感性较高的应用中具有优势，如文物保护和材料分析等。
结论通过本次实验，我们深入了解了全息干涉技术的原理和应用。
全息干涉技术以其独特的特点在科学、医学和工业等领域发挥着重要作用。
随着技术的不断发展，我们相信全息干涉技术在未来会有更广泛的应用前景。
全息干涉计量实验报告
一、实验目的1. 了解全息干涉计量的原理和方法；2. 掌握全息干涉仪器的操作技能；3. 学会利用全息干涉计量技术进行微小形变测量；4. 分析实验数据，验证全息干涉计量技术的可靠性。
二、实验原理全息干涉计量技术是一种利用全息照相原理，对物体表面微小形变进行测量的技术。
其基本原理是：当物体表面发生微小形变时，物体表面的反射光波与参考光波产生干涉，形成干涉条纹。
通过分析干涉条纹的变化，可以测量物体表面的形变量。
三、实验仪器与设备1. 全息干涉仪；2. 激光器；3. 全息干板；4. 物体形变装置；5. 光学显微镜；6. 数据采集与分析软件。
四、实验步骤1. 全息干涉仪的调整与使用：按照说明书调整全息干涉仪，使参考光与物光垂直照射到全息干板上。
2. 实验样品的准备：将物体形变装置固定在实验台上，确保样品表面平整、干净。
3. 全息干板的曝光与显影：将全息干板置于全息干涉仪的光路中，调整曝光时间与显影时间，使干涉条纹清晰可见。
4. 实验数据的采集与分析：利用光学显微镜观察干涉条纹，使用数据采集与分析软件对干涉条纹进行采集、处理与分析。
5. 结果验证：将实验数据与理论值进行比较，验证全息干涉计量技术的可靠性。
五、实验结果与分析1. 实验数据采集实验过程中，采集了物体形变前后的干涉条纹图像，如图1所示。
图1 物体形变前后的干涉条纹图像2. 实验数据处理与分析利用数据采集与分析软件对干涉条纹进行采集、处理与分析，得到物体形变前后的形变量，如图2所示。
图2 物体形变前后的形变量由图2可以看出，物体形变后的形变量为0.05mm，与理论值相符。
3. 结果验证将实验数据与理论值进行比较，验证全息干涉计量技术的可靠性。
实验结果表明，全息干涉计量技术可以准确测量物体表面的微小形变，具有很高的精度和可靠性。
六、实验总结1. 通过本次实验，掌握了全息干涉计量的原理和方法，了解了全息干涉仪器的操作技能；2. 学会了利用全息干涉计量技术进行微小形变测量，验证了该技术的可靠性；3. 提高了实验操作能力，培养了严谨的科学态度。
全息干涉技术实验报告
全息干涉技术实验报告全息干涉技术实验报告概述：全息干涉技术是一种利用光的干涉原理来记录和再现物体三维信息的先进技术。
本实验旨在通过实际操作，深入了解全息干涉技术的原理、应用和局限性。
一、实验仪器和材料：1. 全息干涉实验装置：包括激光器、分束器、反射镜、全息板等。
2. 实验样品：选择适合的物体，如硬币、玻璃球等。
二、实验步骤：1. 搭建全息干涉实验装置：按照实验指导书上的示意图，将激光器、分束器、反射镜等组装起来。
2. 准备全息板：将全息板放置在适当的位置上，确保其与激光器的光线垂直。
3. 调整实验装置：通过调整反射镜的位置和角度，使得激光器的光线能够正确地照射到全息板上。
4. 拍摄全息图：将实验样品放置在全息板的一侧，打开激光器，让激光光束照射到样品上，然后将激光光束经过样品的散射光与参考光束进行干涉，形成全息图。
5. 处理全息图：将全息图进行显影、固定等处理，使其能够稳定地保存下来。
6. 再现全息图：将处理好的全息图放置在实验装置上，通过照射激光光束，将全息图中的三维信息再现出来。
三、实验结果与分析：通过实验，我们成功地制作了全息图，并且实现了对全息图中三维信息的再现。
在再现的过程中，我们发现全息图所呈现的物体具有立体感，可以从不同角度观察到物体的不同部分，这正是全息干涉技术的特点所在。
然而，全息干涉技术也存在一些局限性。
首先，全息图的制作过程相对复杂，需要精确的操作和调整，对实验人员的要求较高。
其次，全息图的再现需要较为强大的激光器，这对于实际应用来说可能会增加成本和难度。
此外，全息图的再现效果也会受到环境光的干扰，需要在较为理想的实验条件下进行。
四、应用前景：尽管全息干涉技术存在一些局限性，但其在科学研究、工程设计等领域具有广阔的应用前景。
例如，全息干涉技术可以用于三维成像、光学计算、光学存储等方面。
在医学领域，全息干涉技术可以应用于显微镜成像、医学诊断等方面。
此外，全息干涉技术还可以用于安全防伪、艺术创作等领域。
全息干涉技术在精度检测中的应用
全息干涉技术在精度检测中的应用全息干涉技术是一种利用波的干涉现象进行测量和检测的技术。
它主要利用激光干涉的原理，通过记录光波的相位和强度分布，实现对物体形状、表面变形和位移的检测。
全息干涉技术的应用领域广泛，其中在精度检测方面具有独特的优势和重要的应用价值。
全息干涉技术在精度检测中的应用主要体现在以下几个方面：一、形状与表面测量。
全息干涉技术可以非接触地测量物体形状和表面的变形情况，对于精细结构的测量有着独特的优势。
通过全息干涉技术，可以获得物体的三维形状信息，实现对尺寸、曲率和平面度等参数的测量和分析。
这对于制造工艺的控制和产品质量的保证具有重要意义。
二、位移和变形测量。
全息干涉技术可以非常精确地测量物体的位移和变形信息，通过记录物体在干涉场中的变化，可以实时监测物体的变形情况，并得出相应的数据。
这对于材料的研究、结构的设计以及工程结构的安全评估等方面具有重要意义。
三、医学影像与诊断。
全息干涉技术在医学影像和诊断领域也有广泛的应用。
通过全息干涉技术，可以获取细胞、组织和器官的三维结构信息，实现对病变的检测和诊断。
这对于医学研究和临床诊断具有重要的意义，可以提高诊断的准确性和可靠性，为医生提供更多的参考和决策支持。
四、光学元件测试。
全息干涉技术广泛应用于光学元件的测试和校准中。
利用全息干涉技术，可以对光学元件的形状、表面质量和光学性能等进行全面的检测和评估。
这对于光学元件的制造和应用具有重要的指导意义，能够提高光学系统的性能和稳定性。
五、材料性能测试。
全息干涉技术在材料性能测试方面也有广泛的应用。
通过全息干涉技术，可以对材料的应力-应变关系、变形行为和破坏机制等进行研究和分析。
这对于材料的品质控制、工程设计和科学研究都具有重要意义。
总之，全息干涉技术在精度检测中的应用十分广泛，不仅有助于提高检测的准确性和精度，还可以为相关领域的研究和应用提供重要的数据支持。
随着技术的发展和应用的不断拓展，相信全息干涉技术将在精度检测领域发挥更加重要的作用，为精密制造和科学研究提供更多的机会和挑战。
全息干涉计量实验系列
R
反射镜 扩束镜 干板
图 1-3 实验光路
图 1-4 颅面骨的全息干涉图
③拍摄二次曝光全息图 移位或作用力在两次曝光之间加入。曝光时间按激光器输出功率和全息干板类型选定， 一般每次曝光在 20～40 秒之间。在曝光过程中须注意保持环境安静，当安装好干板后，实验 者应离开全息台，使光路稳定 1 分钟左右。两次曝光之间也应有足够稳定时间。对底片的处 理，包括显影、定影和漂白等过程，与一般全息照相相同。图 1-4 为在科研中拍摄得到的颅 面骨受正牙力前后的二次曝光全息干涉图，供读者参考。 ④测量数据 拍摄好全息干涉图后，在经处理好的干板上适当位置选好观测点并注上标记（参考图 1-1） ，置回原光路进行测量。要测量的数据是：点源和各观察点的空间坐标以及各次观察过 程中的条纹飘移数目。测量条纹漂移数目 ∆N 1,m 是在使用原参考光束再现虚像的情况下进行 的，它是观察者从干板中心①点的观察方向分别移动到干板边缘的②点、③点……的观察方 向时，所观察到的通过待测点的条纹漂移数。 读数时需要事先假设某个符号约定，如果约定条纹沿某个方向（例如向右）漂移时其条 纹漂移读数为正，那么沿相反方向（例如向左）漂移的条纹读数便为负。在判读条纹漂移数
此 数量级。由此可见，欲提高测量精度，必须提高对条纹漂移数的测量精度。根据现代实验技 术，条纹测量精度提高到 0.01 条是不成问题的，这就为提高位移测量精度找到了途径。
【实验仪器】
现代光学系列实验教程
扩束镜 分束镜 可变光阑
2只 1只 2个
米尺 全息干板
1把 若干小块
参考文献
[1-1] 王仕璠，袁格，贺安之等，全息干涉度量学――理论与实践，第 3 章，北京：科学出版 社，1989，2，P.37~63 [1-2] 王仕璠，应用 单张全息干涉图测 定三维 微小位移 的一种快 速算法， 中国激光， 1985, 12(11): 699~701 [1-3] 王仕璠， 朱自强， 现代光学原理， 第 8 章， 成都： 电子科技大学出版社， 1998， 11， P.202~206 附录：用全息干涉法计算微小位移的扩展 Basic 程序
全息报告物理实验
全息报告物理实验1. 引言全息报告物理实验是一种基于全息技术的实验方法，通过光的干涉和衍射原理，利用激光束生成和再现物体的三维全息图像来观察物体的特性。
全息报告物理实验是物理学中重要的实验方法之一，广泛应用于光学、材料科学等领域。
本文将介绍全息报告物理实验的基本原理、实验步骤和实验结果分析等内容。
2. 原理在进行全息报告物理实验之前，我们首先需要了解全息技术的基本原理。
全息技术是一种记录和再现物体光场信息的方法，其基本原理包括以下几点：•全息记录原理：全息记录是通过将物体的干涉图样记录在感光介质上，利用干涉和衍射原理将物体的光场信息记录下来。
全息图像是由物体光波的干涉和衍射产生的，具有丰富的信息，可以还原物体的三维形态和光学特性。
•全息再现原理：在进行全息报告物理实验时，我们会使用激光光源来照射已记录的全息图像，再现物体的三维形态和光学特性。
激光光源的相干性使得全息图像的干涉和衍射效应能够被有效展示。
•全息光学元件：在全息报告物理实验中，我们需要使用到全息光学元件，包括全息记录介质和全息再现元件。
全息记录介质是用来记录物体干涉图样的介质，常见的有全息干涉石蜡板、全息感光胶等。
全息再现元件是用来再现记录的全息图像的元件，常见的有全息照相底片、全息显示屏等。
3. 实验步骤进行全息报告物理实验时，我们可以按照以下步骤进行：3.1 准备实验器材准备所需的实验器材，包括激光光源、全息记录介质、全息再现元件等。
3.2 准备物体样品选择适合进行全息报告物理实验的物体样品，如小立体模型等。
3.3 进行全息记录在光学实验室的适当环境下，将物体样品放置在合适的位置上，使用激光光源照射物体样品，使光波经过物体样品形成干涉图样，并将干涉图样记录在全息记录介质上。
3.4 进行全息再现将记录好的全息图像放置在全息再现元件（如全息显示屏）上，使用激光光源照射，即可再现物体的三维形态和光学特性。
4. 实验结果分析完成全息报告物理实验后，我们可以对实验结果进行分析和讨论。
全息干涉计量课件 (一)
全息干涉计量课件 (一)全息干涉计量课件是计量学科中的一种新型技术，它利用全息图中的干涉条纹进行非接触式测量，具有高精度、高分辨率、高稳定性等诸多优点。
以下从定义、原理、应用等三个方面来探讨全息干涉计量课件的应用。
一、定义全息干涉计量课件是一种利用全息学原理测量物体形状、位移、变形、应力等物理量的技术。
其基本原理是在记录的全息图上，照明光线与拍摄光线构成干涉条纹，通过分析干涉条纹的形态变化，可以计算出被测物体的形变或位移信息。
二、原理全息干涉计量的原理是基于光的干涉原理，即在两束光线相遇的区域内，光的电场会相互干涉，形成一组干涉条纹。
如果其中一束光线在透过物体时发生相位变化，则会在全息图上留下对应的干涉信息。
通过分析这些干涉条纹的形态变化，可以得到被测物体的形状、位移等信息。
三、应用全息干涉计量课件广泛应用于制造业、航空航天、建筑工程、地质勘探等领域。
具体应用包括以下几个方面。
1.形状测量：全息干涉计量可以实现高精度的物体形状测量，应用于汽车、飞机、船舶等大型机械的形状检测。
2.位移测量：全息干涉计量可以实现微小位移的测量，应用于地质、隧道、桥梁等工程结构的位移监测。
3.变形测量：全息干涉计量可以实现复杂形变的测量，应用于建筑结构受力行为的研究。
4.应力测量：全息干涉计量可以实现应力分布的测量，应用于建筑、材料等领域的应力分析。
总结全息干涉计量课件是一种新型的光学非接触测量技术，具有高精度、高分辨率、高稳定性等优点。
其应用范围广泛，包括汽车、飞机、船舶、建筑、地质等行业领域。
在实际应用中，选择合适的光源、相机、光栅等装置以及采用适当的分析方法等是保证测量精度的重要因素。
用数字激光全息实验装置测量泊松比
２ 测 量 原 理 及 装 置
２ ． １ 泊 松 比 的 数 字 激 光 全 息 测 量 原 理
般 利用 ２对 引伸 计 分别 测量 材料 的横 向 和纵 向
当矩形 平板 样 品在 外 力 作 用 下发 生 弯 曲时 ， 样 品前 表 面在纯 弯 曲条 件 下 会 变 形成 马鞍 状 ， 表
理过 程 ． 实 现测量 过 程 的实 时化 和现 场化 ， 具 有全
波 与参 考光 波 的干涉 图样 强 度 为 Ｊ， Ｙ ） 和 全息 图 的卷 积数 值 重建 算
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ６ — ０ ７ ； 修 改 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ７ — ２ ２ 资助项 目： 陕 西 省 自然 科 学 基 础 研 究 计 划 资 助 项 目（ Ｎ ｏ ． ２ ０ １ ３ Ｊ Ｑ ８ ０ ２ １ ） ； 航 空科学基 金资助 （ Ｎ ｏ ． ２ ０ １ ２ Ｚ Ｄ ５ ３ ） ； 西 北 工 业 大学“ 翱 翔 之 星计 划 ” 资 助 作者简介 ： 邸江磊 （ １ ９ ８ １ ～） ， 男， 河北 石家庄人 ， 西 北 工 业 大 学 理 学 院讲 师 ， 博士 ， 主要 从 事 数 字 全 息 技 术 研 究 ．
邸 江 磊
（ 西 北工 业 大学 理 学院 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ７ ２ ）
要： 在 数 字 全 息 干 涉 原 理 的基 础 上 设 计 了 用 于 泊 松 比测 量 的数 字 激 光 全 息 实 验 装 置 ， 利 用 该 装 置 经 过 样 品 加
载、 全 息 图记 录 、 全 息 图数 值 重 建 和 泊 松 比计 算 步 骤 即 可 以 获 得 材 料 的 泊 松 比 ， 实 现 非 接 触 和 实 时 测 量 ．碳 ／ 碳 复 合 材 料
应用数字图像相关法测定瓦楞原纸的泊松比
摘 要 ：对 瓦楞 原纸 泊松 比的测 定存 在许 多困难 ，传 统的接 触式方 法难 以满足 测定要 求 ，还 没有 一种 简
单 高效 的方 法 能解 决这 个 问题 。针 对传 统位 移 测量 方 法的不足 ，提 出以数 字 图像相 关法测 定 瓦楞 原 纸的 泊 松 比。通过 对试样 变形 前后 的 图像进行 相 关性位移 分析 ，将试验 所得 的 实测位 移与 已标 定位移进 行对 比 ，所
得结果具 高度 的一致性 ，相对误 差范 围为 １ ３ ％ ％。试验 测定 面纸 ＭＤ （ ｃ ｉｅｄｒｃ ｏ ｍａ ｈｎ ｉ ｔ ｎ）方向和 Ｃ （ ｒｓ— ｅｉ Ｄ ｃｏｓ
ｍ ｃｉｅ ｉ ｃｉ ａｈｎ ｒ ｔ ｎ）方 向 的 泊松 比 分 别 为 ０１５ ０ ７ ，芯纸 ＭＤ 方 向和 Ｃ 方 向的 泊松 比 分 别 为 ０２５和 ０１９ ｄｅ ｏ ． 和 ．３ ７ ０ Ｄ ． ７ ．１ 。
∞ ＝
瑶 ７∑！］ √［ ［－， ∑（］Ｘ’’ ∑， ｇ） ／ － ｔ一 ㈩ ｘ ・ （ ∑ Ｘ ’ ） ， 一
式 中：
ｆ ，）ｌ（’ ’ （ ｙ＇ ｘ ） ｘ ￣ Ｉ ， 为图像， 像 ｇ 和图 各子区域中像
素的灰度值 ， 和 为子区域像素 的灰度 平均值 。
Ｕｓ ｆ ｇ ｔｌ ｍａ ｅＣｏ ｒ ｌｔ ｎ Ｍ ｅｈ ｄｆ ｒ ｏ ｓ ｏ ｔ ｆ ｒｕ ａｅ ａ ｅ ｅｏ ｉ Ｄｉ ａ Ｉ ｇ ｒｅａｉ ｔ ｏ ｏ ｉｓ ｎ ＳＲａｉ ｏ ｒ ｇ ｔｄ Ｐ ｐ ｒ ｏ Ｐ ｏ Ｃｏ
Ｃａ ａ ｌ ｎ Ｘｉ ｎｇ， ｏ ｇ ｈ ｎ Ｙａ ｒ ｎ ｏ Ｘｉｏ ｏ ｇ， ｅＹｏ ＢｉＺｈ ｎ ｃ ｅ ， ｈＬｉｏ ｇ
具 的接触 式 方法 测量 其横 向应 变 的传统 方 法显然 不 合适 。若 在 纸张 上 附加 电阻应 变 片 ，则 测 量 的准 确 性会 受其 刚 度影 响 ，将 引起较 大 的误差 ，可见 ，电 测法 也不 适 合测 量纸 张 的横 向应变 。徐莹 等人 根据
测量固体材料泊松比和杨氏模量的新方法
测量固体材料泊松比和杨氏模量的新方法张晓峻;孙晶华;侯金弟;李俊东【摘要】介绍了一种测量固体材料的泊松比和杨氏模量的新方法.该方法根据声波在两种介质界面上发生折射和反射时的波形转换,由斯涅尔定律测出纵波声速和横波声速,利用固体材料的泊松比与纵波声速、横波声速及杨氏模量的关系,测得固体的泊松比和杨氏模量.通过示波器观测,现象直观,过程清楚,内容充实,注重操作,能调动学生的积极性,提高学生对实验的兴趣,启发创新思维.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2019(036)004【总页数】5页(P75-78,86)【关键词】泊松比;杨氏模量;横波声速,纵波声速【作者】张晓峻;孙晶华;侯金弟;李俊东【作者单位】哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】O4-34杨氏模量和泊松比是描述固体材料抗变形能力的物理量[1]。
纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量,也叫杨氏模量,是材料刚性的标志。
横向应变与纵向应变之比值称为泊松比,也叫横向变性系数,它是反映材料横向变形的弹性常数。
泊松比和杨氏模量是研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等材料力学性质的关键参数。
在工程应用中,泊松比和杨氏模量是机械零部件选用材料时的重要参考参数。
在物理实验教学中,杨氏模量的测量是大学物理实验中非常经典的实验项目之一,在大部分高校物理实验课程中都开设,而泊松比测定的实验项目开设很少。
测量杨氏模量常用的方法是静态拉伸法,利用光杠杆及望远镜尺组测量金属丝在拉伸状态下的微位移量[2],方法简单有效,但加载速度慢、存在驰豫过程,不能真实地反映材料内部结构的变化,且不适合脆性材料。
测量杨氏模量常用的另一种方法是动力学共振法,又称动态法或声频法,该方法需要专用仪器,成本较高,实验数据处理繁琐,操作时不易判断出对称型基频共振状态[3]。
用数字激光全息实验装置测量泊松比
用数字激光全息实验装置测量泊松比邸江磊【摘要】在数字全息干涉原理的基础上设计了用于泊松比测量的数字激光全息实验装置，利用该装置经过样品加载、全息图记录、全息图数值重建和泊松比计算步骤即可以获得材料的泊松比，实现非接触和实时测量。
碳/碳复合材料的泊松比测量结果表明实验准确，重复性较好。
%A digital laser holographic interferometric device was designed to measure the Poisson ratio of composite materials based on the digital holography principle .Using this device ,the Poisson ratio was obtained through sample loading ,holograph recording and numerical holograph reconstruc-tion and calculation ,and the non-contact and real-time measurement were realized .The results in C/C composite material indicated that the experiment was accurate and the repeatability was good .【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2013(000)010【总页数】5页(P1-4,9)【关键词】数字全息干涉术;泊松比;复合材料【作者】邸江磊【作者单位】西北工业大学理学院，陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】O438.11 引言通常采用杨氏模量（E）、剪切模量（G）、体积模量（K）和泊松比（μ）等参量来描述材料的弹性行为.当材料在某方向上被压缩时，通常在垂直于该压缩方向的另外2个方向会发生延伸，泊松比μ是用以表征该泊松效应的参量，定义为材料在特定方向受到拉伸时横向应变与纵向应变比值的负值.实际中一般采用机械、声学和光学等方法对材料的泊松比参量进行测量［1-6］.机械方法一般利用2对引伸计分别测量材料的横向和纵向应变，操作简单方便，但是引伸计的自重和夹持力会引起软质试件的附加形变，只适用于硬质试件常温下的泊松比测量.声学方法包括布里渊散射、表面声波（SAW）、声显微学（AM）等技术，但是非金属材料声阻和内阻尼较大，使得声速和振动测试比较困难，难以判断材料从弹性到塑性形变的转折点.光学方法包括全息干涉法等，是利用全息干板记录的干涉图样推算出泊松比，但是传统光学全息术需要经过全息干板的曝光、显影、漂白等湿化学处理过程，测量与处理过程复杂，耗时较长.近年来快速发展的数字全息技术利用CCD代替传统的全息记录介质拍摄数字全息图并使用计算机进行数值再现，可以很方便地运用各种算法和图像处理方法来消除记录过程中的畸变、噪声等不利因素，省去光学全息术中湿化学处理过程，实现测量过程的实时化和现场化，具有全场、非接触、非破坏性及高灵敏度等优点.本文在数字全息干涉原理测量材料泊松比的基础上设计了数字激光全息实验装置，并利用该装置对碳／碳复合材料的泊松比进行了测量，对实验结果进行了讨论并分析了其测量误差.实验证明，利用该装置可实现材料泊松比的高精度、非接触和定量测量.2 测量原理及装置2.1 泊松比的数字激光全息测量原理当矩形平板样品在外力作用下发生弯曲时，样品前表面在纯弯曲条件下会变形成马鞍状，表面位移量w可表示为其中，Mx为形变力矩，D为平板的抗挠刚度，x和y是平板上某点的位置坐标，μ为材料的泊松比［7］.此时平板的恒定离面位移等高线为1组双曲线簇x2-μy2＝C（C为常量）.利用数字激光全息技术可以测量得到样品的弯曲形变量，通过进一步求解双曲线簇公共渐近线夹角2α，根据计算得到材料的泊松比μ.在数字激光全息技术中，利用全息干涉技术测量样品表面的微量形变，假设CCD记录的物光波与参考光波的干涉图样强度为I（x′，y′），选择原参考光R（x′，y′）和全息图的卷积数值重建算法对记录的全息图进行数值再现，可以得到再现物光波前的复振幅为式中h（x，y；x′，y′）为系统的点脉冲响应函数.如果分别测量得到物体形变前后物光波前的复振幅O（x，y）和O′（x，y），并假定该形变仅导致物光波前的相位改变φ（x，y），即O′（x，y）＝O（x，y）exp［iφ（x，y）］.则根据二次曝光全息原理，同时再现出的2个物光波的波前复振幅分布为O（x，y）＋O′（x，y），相应的强度分布为因此，利用数字激光全息技术获得的全息再现像受1组干涉条纹调制，反映了两再现物光波前上相同相位差点的轨迹.通过测量干涉条纹分布，即可推知物光波前相位变化φ（x，y），从而获得物体表面的形变量，进而根据该形变量计算获得材料的泊松比μ［8］.2.2 数字激光全息实验装置图1所示为用于泊松比测量的数字激光全息实验装置原理图.由激光器发出的细激光束经分束镜BS1后分别扩束准直，其中一束垂直照射样品，经样品表面反射后作为物光波O与另外一束参考光波R穿过分光棱镜BS2发生干涉，其干涉图样经CCD数字记录并传输到计算机，利用Matlab软件对该全息图进行数值计算，再现得到样品表面的形变信息，再进一步计算可得到材料的泊松比.图1 用于泊松比测量的数字激光全息实验装置原理图实验装置实物图如图2所示.激光器选择相干公司的Verdi激光器，波长532nm，CCD型号为BASLER scA1600，分辨率为1 626×1 326，像素尺寸4μm×4μm.分光棱镜边长50mm×50mm，以保证足够测量视场.为了使样品变形过程中满足纯弯变形条件，使用设置于线性导轨之上的四点加力装置对样品进行加载，以保证加力均匀，样品表面发生均匀形变.四点加力装置如图3所示.数字激光全息实验装置的整体尺寸为1.6m×0.8m，通过更换选择小尺寸激光器，选择合适的光学元件并对光路进行紧凑设计等，可以进一步将该实验装置尺寸缩小到0.6m×0.3m之内. 图2 用于泊松比测量的数字激光全息实验装置图3 四点加力装置示意图2.3 实验数据处理利用上述数字激光全息实验装置对尺寸为130mm×30mm×5mm的碳／碳复合材料进行测量，以对该实验装置的实用性进行验证.图4所示为利用该实验装置记录的碳／碳复合材料的数字全息图.使用四点加力装置逐渐对测量样品施加压力，使其发生微变形.在材料变形前后分别记录其数字全息图，并利用2.1节中的全息图数值重建算法对记录的数字全息图进行数值再现，得到的样品表面变形为图5所示的双曲线簇.为准确求解双曲线簇公共渐近线夹角2α，分别在图5中选择3个特征坐标点P1，P2和P3，根据坐标点的坐标值并且利用余弦定理即可以求解得到α角.图4 数字全息图图5 试样纯弯变形前后离面位移的等高线图2.4 实验结果及误差分析缓慢夹合四点加力装置，对复合材料样品逐渐施加压力，使其缓慢发生形变，利用CCD记录样品形变过程中的数字全息图，并利用2.1中的方法对全息图进行数值重建，获得样品表面形变如图6所示.自图6（a）～（f）外部压力逐渐增加，样品缓慢发生形变，样品表面马鞍形条纹逐渐密集，表示其形变量逐渐增大，但是在此过程中双曲线条纹夹角基本保持不变.选择不同批次的某组分碳／碳复合材料的9个样品进行测试.表1列出了9个不同样品的特征坐标点P1，P2和P3点所对应的坐标数据，以及由此计算得到的双曲线簇夹角2α和材料的泊松比μ.由表1测量结果可见，9个样品的泊松比在0.037～0.041之间＝0.039±0.001，置信区间0.683.此方法的测量结果与该复合材料设计的泊松比一致，测量结果重复性和准确性较好.图6 随受力增加，材料表面逐渐形变示意图表1 9个不同复合材料样品泊松比的实验测量结果样品编号P1 P2 P3 α／（°）μ 1 （385，436）（336，109）（468，114）11.5 0.041 2 （393，425）（350，112）（473，99） 10.8 0.036 3 （376，585）（310，101）（490，125）10.8 0.037 4 （400，447）（329，106）（467，110）11.5 0.041 5 （404，402）（342，102）（461，97） 11.1 0.039 6 （408，437）（339，89）（472，93）10.9 0.037 7 （392，417）（332，86）（467，81）11.4 0.041 8 （397，370）（345，83）（452，109）11.1 0.038 9 （396，381）（345，80）（459，109）11.3 0.040实验中所使用碳／碳复合材料的泊松比较小，材料加载过程形变量非常小，利用机械方法进行测量会导致较大误差.因为数字全息技术对微形变测量精度很高，通过计算求解材料泊松比，该方法的测量精度高于机械方法.同时，在测量过程中要注意特征坐标点的人工判断、样品的均匀受力加载以及测量样品的形状和性质等，尽量降低实验误差，提高实验精度.3 结束语对数字全息干涉原理测量材料泊松比进行了讨论，在此基础上设计了数字激光全息实验装置，并利用该装置对复合材料的泊松比进行了测量.该数字激光全息实验装置结构简单，操作方便，仅仅需要经过样品加载、全息图记录、全息图数值重建和泊松比计算几个步骤即可以获得材料泊松比，利用该方法所得到的测量结果准确性高，重复性好，可实现材料泊松比的高精度、非接触和定量测量.【相关文献】［1］单桂芳，杨伟，冯建民，等.材料泊松比测试方法的研究进展［J］.材料导报，2006，20（3）：15-20.［2］王煜明.薄膜和镀层力学性能的物理方法测试［J］.理化检测：物理分册，2002，38（11）：473-477.［3］Hurley D C，Tewary V K，Richards A J.Surface acoustic wave methods to determine the anisotropic elastic properties of thin films ［J］.Measurement Science and Technology，2001，12（9）：1486-1494.［4］Comte C，Von Stebut J.Microprobe-type measurement of Young’s modulus and Poisson coefficient by means of depth sensing indentation and acoustic microscopy ［J］.Surf Coat Technology，2002，154（1）：42-48.［5］徐莹，赵建林，范琦，等.利用数字全息干涉术测定材料的泊松比［J］.中国激光，2005，32（6）：787-790.［6］Yamaguchi I，Saito H.Application of holographic interferometry to themeasurement of Poisson’s ratio［J］.Japanese Journal of Applied Physics，1969，8（6）：768-771.［7］邸江磊，赵建林，范琦，等.数字全息显微术中重建物场波前的相位校正［J］.光学学报，2008，22（1）：56-61.［8］Cuche D.Determination of the Poisson’s ratio of filled epoxy and composite materials ［J］.SPIE，1990，1212：315-324.。
低模高弹体泊松比试验测试方法
低模高弹体泊松比试验测试方法周军;梅志远;王永历;周晓松【摘要】[目的]在轴向承载时,低模高弹体存在侧向形变大、均匀性差等问题,常规电阻式应变测试方法难以准确获取材料的泊松比.为了消除试件侧向变形的不均匀性影响,准确获取高分子材料的泊松比值,[方法]基于弹性力学理论,推导了圆柱形低模高弹体在侧向刚性约束时的压缩模量、弹性模量与泊松比的表达式,建立了试验的理论模型.在理论分析的基础上,提出了由钢制套筒侧向约束轴向加载的泊松比测试方案,并开展了天然橡胶及HW-050型浮力材料的钢制套筒约束试验研究,验证了该试验测试方法的有效性及合理性.最后利用ABAQUS软件对浮力材料模型试验过程进行仿真,分析不同钢筒壁厚对试验的影响规律.[结果]研究结果表明,该试验测试方法可被用于准确测量低模高弹体材料的泊松比值,适用于低模量、高弹特性材料的力学性能研究.[结论]研究工作可为相关试验测试提供参考.%[Objectives]There are many problems in the axial load of low modulus and high elasticity samples, such as large deformation and poor uniformity, and it is difficult to accurately measure the Poisson's ratio of such material using the conventional resistance strain test method.[Methods]In this paper, based on the theory of elastic mechanics, the expressions of the volume compression modulus, elastic modulus and Poisson's ratio of a cylindrical low modulus elastomer with radial rigidity constraint are derived. On the basis of the above theoretical analysis, this paper puts forward a test method for the axial loading Poisson's ratio of a steel sleeve radial constraint,and carries out related experimental research work on steel tube restraint to determine the accuracy and effectiveness of the finalverification test method. Finally, a simulation analysis of the buoyancy material model test process is carried out, and the wall thicknesses of different steel sleeves are simulated to illustrate the influence of wall thickness on the test. [Results]Research into the low modulus elastomer Poisson's ratio test method can obtain the accurate measurement of the Poisson's ratio of the material,making it suitable for studying the mechanical properties of the low modulus and elasticity modulus of the elasticity of material.[Conclusions]The research results of this paper can provide valuable references for related testing.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2018(013)002【总页数】7页(P91-96,122)【关键词】低模高弹体;试验测试技术;泊松效应;泊松比测量;轴向压缩试验【作者】周军;梅志远;王永历;周晓松【作者单位】海军工程大学舰船与海洋学院,湖北武汉430033;海军工程大学舰船与海洋学院,湖北武汉430033;海军工程大学舰船与海洋学院,湖北武汉430033;中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院,北京100071【正文语种】中文【中图分类】U668.30 引言近年来，为了满足海洋工程结构物轻质、耐压、防腐蚀等工程设计要求，具有低模量、低密度和高弹特性的高分子材料（如浮力材料、阻尼材料等）在水下结构物设计领域已得到广泛应用［1-2］。
相移干涉术及广义相移数字全息干涉术
光学器件的常见情况 ,平面 P上光场是原始物面光
波的菲涅尔衍射场. 对于振幅或相位分布有显著变
化的实际物体 ,在屏 P上不是太小的区域内 ,衍射
场的相位分布可认为是近似随机的 [7 ]. 由此可以推
知
,不管常数
δj 和
δ j+
1取何值
,都有下述近似关系
:
〈 | sin[φ( x, y) - (δj +δj+1 ) /2 ] | 〉=〈 | sinφ(x, y) | 〉= 2 /π
使用离轴数字全息虽然可以分离再现的零级和孪生像但由于记录器件ccd分辨率比传统全息干版低很多要求物光与参考光的夹角很小此条件对数字全息实际应用yamaguch首次将相移方法引入数字全息利用相移干涉phaseshiftingterferomtryps了同轴数字全息的零级和孪生像很好地解决了这一矛盾大大推进了全息技术的发展和应用的正整数这在实用中很难精确作到为减小实际相移器的相移误差所带来的波前恢复误差人们发展了一系列误差分析与校正技术但它们一般只对某种特定误差例如线性相移误差有效而对其他误差例如随机相移误为避开psgreivenkamp曾提出广义相移干涉术generalizedphaseshift2ingterferomtrygpsi的概念当时他假设ps应用一系列相等或不相等的相移步长然后用最小二乘法导出了再现波前的表达式作为已知量出现的
关键词 :相移干涉术 ;广义相移干涉术 ;数字全息 ;波前再现 ;未知相移盲取 中图分类号 : O 438. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 100020712 ( 2008) 0920043204
数字全息技术 [1, 2 ]是近年来信息光学中发展迅 速的一个分支. 它既拥有传统全息技术可以同时记 录及再现物波振幅及相位信息的优点 ,又避免了其 湿处理等不便之处 ,而且可以利用迅速发展的现代 CCD 技术及计算机图像处理技术 ,测量方便准确 , 己广泛应用于科学研究及工程技术许多领域 ,如图 像识别 、干涉计量 、显微成像等.
泊松比测量方法
泊松比测量方法嘿，朋友们！今天咱来聊聊泊松比测量方法。
这可是个很有意思的话题哦！首先，咱说说测量步骤吧。
就好比你要搭建一个积木城堡，得一步一步来。
第一步，准备好合适的材料和测试设备，这就像是给城堡准备好坚实的积木块一样重要哦！要确保设备精准可靠，不然就像用了歪歪扭扭的积木，城堡可就搭不牢啦。
第二步，对试件进行预处理，让它处于最佳状态，就好像给小战士穿上整齐的军装，准备上战场一样。
第三步，安装测量装置，要小心仔细，如同给赛车安装精密的零部件，稍有差错可能就影响整体性能啦。
第四步，进行加载测试，这时候要注意控制加载的力度和速度，好比开车时控制油门和刹车，得恰到好处。
最后，记录和分析数据，这可是关键的一步，就像厨师根据菜谱调配食材一样，要准确无误才能做出美味的“成果”。
在这个过程中，安全性那是绝对不能忽视的！想象一下，如果在测量过程中出现意外，那可就糟糕啦，就像在高速公路上突然爆胎一样危险。
所以，一定要严格遵守操作规程，佩戴好防护装备，确保自己和周围环境的安全。
稳定性也同样重要哦，就像走钢丝的人需要保持平衡一样，测量过程中要保证设备和试件的稳定，不然得到的数据就像风中的柳絮，飘忽不定，那可就没法用啦！泊松比测量方法的应用场景那可多了去啦！在工程领域，它就像一把万能钥匙，能打开很多难题的大门。
比如设计建筑物时，通过测量泊松比可以更好地了解材料的性能，让建筑物更加坚固稳定，就像给房子穿上了坚固的铠甲一样。
在材料研发中，它能帮助科学家们发现新材料的特性，如同探险家在未知的领域发现宝藏一样令人兴奋。
它的优势也很明显呀，能够准确地反映材料的力学性能，为工程设计和材料选择提供有力的支持，简直就是我们的得力小助手！给大家举个实际案例吧。
有一次，一个建筑团队在建造一座大桥时，就运用了泊松比测量方法。
他们对使用的钢材进行了详细的测量，根据测量结果优化了设计方案。
结果呢？这座大桥不仅坚固耐用，而且在面对各种自然环境的考验时都表现出色，就像一位坚强的勇士，屹立不倒。
毕业设计DD80单晶材料的高温弹性模量与泊松比测试
毕业设计（论文）开题报告题目DD80单晶材料的高温弹性模量与泊松比测试专业名称材料成型及操纵工程班级学号07011333学生姓名薛萌立指导教师李禾填表日期2011 年 4 月5日一、选题的依据和意义意义：高新技术的进步不断向材料提出更高的要求。
如各类高温合金、单晶材料、功能梯度材料等，以知足不同领域对材料的要求。
本课题测试的是航空单晶材料DD80在室温至1100℃的弹性模量及泊松比。
目前单晶材料已有多种类型，如DZ2二、DD3、DZ125等，要紧应用于各类高强度、高韧性、高温、高压、侵蚀和强辐照等服役环境，如航空、航天、核工业等领域，而这些领域那么能够表现出一个国家的国防壮大与否。
咱们国家国防要壮大，那么必需要有自己壮大的航空力量，战斗机的性能那么是超级重要的标志。
而发动机技术这是整个战斗机性能好坏的决定性因素，可是，目前航空发动机技术一直是咱们的瓶颈，除设计之外，还有工艺、材料、测试等都是咱们的短板。
而设计和工艺都要求对材料在高温环境下的力学性能要有明确的了解，尤其是材料在高温下的弹性模量和泊松比，那么是一个必不可少的数据。
因此迫切需要一种能在高温下测量材料力学性能的方式。
在高温环境（600℃～1200℃）下，不管是静力仍是动力性能，采纳原有的接触式测量方式都是困难的，而非接触式云纹测试方式那么能实现准确和靠得住的测量。
密栅云纹干与法是力学、光学、半导体工艺学和运算机科学彼此结合、渗透的一种现代光学测力学方式。
与其他实验方式相较，具有独特的优势和优势：如灵敏度高，测量范围广，图形对照度好等，而其非接触式测量的特点尤其适用于高温环境下材料力学性能的测试，从常温环境到高温环境，从国防材料到民用材料（如集成电路芯片、体育用品等），都能够无障碍的进行测量，而且云纹干与法的理论与方式研究已大体完善, 并在材料科学、无损检测、断裂力学、细观力学、微电子封装等许多领域中取得了成功的应用。
依据：目前，弹性模量与泊松比的测试方式有多种，在必然程度上取得了应用，经常使用的方式有：电测法、共振测量法、引申计法、应变片法、声学方式。
全息干涉法测定弹性模量(论文)
全息干涉法测定弹性模量陈浩 指导教师：陈昭栋 杨永佳 于婧（西南科技大学理学院光信 2010 级 绵阳 621010）摘 要：本文记述了用全息干涉法测定材料弹性模量的原理和方法，并结合数字全息相关技术,使测量更加便捷、精确。
关键词：激光全息术；干涉；双曝光；弹性模量0 引言近年来，全息干涉技术在不同领域得到了广泛的应用，尤其是在光测力学领域。
全息干 涉计量是激光全息理论的重要应用。
全息干涉法就是利用全息照相技术， 将物体形变前后的 光波波阵面记录在同一片干涉板上， 再用同一束参考光照射， 将两种状态下物光产生的干涉 条纹进行分析，得到物体的变形量，从而计算被测材料的弹性模量。
本文分析了全息干涉法测定弹性模量的原理、方法和光路，设计了读数以及夹持实验 装置，用 CCD 记录元件，使弹性模量的测量更加简单、便捷。
为今后研发相关实验仪器提 供理论基础。
1 实验原理1.1 全息干涉二次成像理论设加载前后照射到干板上的物光分别为 别为 1 和U o1和U o2，参考光为U r ，且两次曝光时间分tt 2 ,则形变前后物光与参考光的复合光强为I1 (Uo1 Ur )(Uo1 Ur ) I 2 (Uo2 Ur )(Uo2 Ur )其形变前后的曝光量分别为* ***(1)W1 t1I1 t1 (Uo1 Ur )(Uo1 Ur ) W2 t2 I 2 t2 (Uo2 Ur )(Uo2 Ur )* ***（2）因此，两次曝光总量为 W W1 W2 。
由于振幅透过率与曝光量成正比，设比例系数为 ，则振幅透过率为1T W当用参考光(3)U r 照射时，透过全息照片的光波为2 2 2U U rT U r W Ar (t1 t 2 )( Ao Ar )eir Ao Ar [t1 t 2 ei (1 2 ) ] Ao Ar [t1 t 2 e i (1 2 ) ei ( 2 r 1 2 ) ]2(4)该式表明全息图的透射光波被分解为三束：令 考光方向传播， 为U U1 U 2 U 3 ，则 U 1 为透射波沿参U 2 为正一级衍射波， U 3 为负一级衍射波。
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文章编号:025827025(2005)0620787204利用数字全息干涉术测定材料的泊松比徐 莹,赵建林,范 琦,向 强(西北工业大学理学院光信息科学与技术研究所,陕西西安710072)摘要 根据数字全息干涉术的基本原理,利用CCD 分别记录物场状态变化前后的无透镜傅里叶变换全息图,通过数值再现分别得到不同状态下物场的复振幅分布,从而直接得到不同状态下物场间的干涉条纹图样。
如果该物场是由板状试样的离面弯曲引起的,则通过测量干涉条纹图样中相同相位条纹的渐近线之间的夹角,即可确定出材料的泊松比。
实验证明该方法简单易行,尤其适合对光学粗糙表面、小泊松比或小尺寸的试样进行全场测量,测量结果具有良好的重复性,较高的灵敏度和精度。
关键词 全息;数字全息干涉术;泊松比;无透镜傅里叶变换全息图;干涉相位差中图分类号 O438;O348.12 文献标识码 ADetermination of the Poisson ′s R atio of Material by DigitalH olographic InterferometryXU Y ing ,ZHAO Jian 2lin ,FAN Qi ,XIAN G Qiang(I nstitute of O ptical I nf ormation Science and Technology ,S chool of S cience ,N ort hwest ren Pol ytechnical Universit y ,X i ′an ,S haanx i 710072,China )Abstract Base on the principle of digital holographic interferometry ,two lensless Fourier transform hologramsrepresenting two different deformation states of object field are captured by CCD.Then the numerical reconstruction of digital holograms is implemented respectively to acquire the complex amplitude of object waves ,and the interference phase difference is determined by subtracting the phases of the different states.According to the pure bending theory in elastic mechanics ,the Poisson ′s ratio is derived numerically f rom the angle between the asymptotic lines of the fringes of equal phase ,which are caused f rom homogeneous deformation and reconstructed by digital holographic interferometry.This method for determination of Poisson ′s ratio of material in the f ull -access performance by experiment is simple and easy to operate ,especially suitable for material with rough surface ,low value Poisson ′s ratio and small size.K ey w ords holography ;digital holographic interferometry ;Poisson ′s ratio ;lensless Fourier transform hologram ;interference phase difference 收稿日期:2004205231;收到修改稿日期:2004209230 基金项目:航空科学基金(02I53075)资助项目。
作者简介:徐 莹(1980—),女,江西人,西北工业大学理学院博士研究生,主要从事全息术及其应用方面的研究。
E 2mail :xy_1999@1 引 言泊松比是反映材料弹性特性的一个常数,表征试样拉伸时沿横向发生收缩的程度,通常用于工程部件的数值压力分析。
常用电子与机械相结合的方法如借助引伸计测量试样横向及纵向变形量来获得泊松比。
该方法在测定材料长期性能时难免发生漂移,而且引伸计自重及夹持力可引起软质试样的附加变形,所以只适用于硬质试样。
也可以通过在试样上粘贴电阻应变片的方式测量其泊松比,但该方法测量的变形范围有限,并且试样附加了粘贴片的刚度,会引起一定误差。
此外传统的光学测量方法[1]如全息法、散斑法、影像云纹法等,均是从所得到的干涉图样推算出泊松比,但这些方法需要经过对记录介质必需的曝光、显影等物理化学处理过程,再现过程复杂,周期较长,有些还需要将待测试样弯曲表面研磨成镜面,这对于非金属材料几乎是不可第32卷 第6期2005年6月中 国 激 光C H IN ESE J OU RNAL O F L ASERSVol.32,No.6J une ,2005能的。
数字全息干涉术应用广泛[2],同时还可方便地加入各种数学处理方法,进行真正意义上的两个或多个全息图以及复振幅之间的各种数学运算[3]及消除零级衍射像的影响[4]。
本文利用数字全息干涉术,采用无透镜傅里叶变换记录光路测量材料的泊松比。
实验证明,这是一种有效的光学测量泊松比的方法。
2 测量原理2.1 基本原理根据弹性力学中板或梁的纯弯曲理论,一块矩形平板试样在纯弯加载条件下(如图1),试样表面具有相同离面位移的点(x ,y )构成两组双曲线,可表示为[5,6]x 2-μy 2=c ,(1)式中μ为材料的泊松比,c 为常数。
当c =0时,(1)式即为该双曲线的渐近线。
令该双曲线组的渐近线间的夹角为2α,由几何关系可得μ=x 2/y 2=tan 2α,(2)因此,可以采用全息干涉法得到试样纯弯曲变形前后的离面位移分布图,从而可进一步做出其渐近线并测得夹角2α,然后根据(2)式计算出待测试样材料的泊松比μ。
图1用于泊松比测量的加载夹具装置示意图Fig.1Loading clamp setup for Poisson ′s ratio measurement2.2 数字无透镜傅里叶变换全息干涉原理假设变化物场的全息图利用CCD 并通过无透镜傅里叶变换全息光路[7]记录,且该数字无透镜傅里叶变换全息图的复振幅透过率函数为i H (k ,l ),用复振幅分布为R H (k ,l )的数字球面光波照明该全息图,则透射光场的复振幅分布为u H (k ,l )=R H (k ,l )i H (k ,l ),(3)在菲涅耳衍射条件下,u H (k ,l )向前传播,在距全息图平面为d 的平面处将得到再现物场的虚像。
由于菲涅耳衍射积分式中的球面相位因子可被R H (k ,l )中具有相同曲率半径的球面相位因子消除,则再现像的光波复振幅分布为u d (m ,n )=A exp -jπλd(m 2Δx 2+n 2Δy 2)×ID F T{i H (k ,l )}m ,n ,(4)式中ID F T 表示离散逆傅里叶变换,A 为复常数,λ为波长;k ,l 和m ,n 分别表示全息图平面和成像平面上抽样点沿水平和竖直方向的数字坐标,且m ,k =0,1,2,…,M -1;n ,l =0,1,2,…,N -1;M ,N 分别表示全息图在x ,y 方向上的像素总数;Δx H ,Δy H 和Δx ,Δy 分别表示全息图平面和再现平面上的采样间距,二者有如下关系Δx =λd M Δx H , Δy =λd N Δy H,(5)由(4)式算得再现像复振幅后,其相位分布可由下式得到<(m ,n )=arctan Im [u d (m ,n )]Re [u d (m ,n )],(6)式中Im [u d (m ,n )]和Re [u d (m ,n )]分别表示u d (m ,n )的实部和虚部。
与光学二次曝光法原理类似,用CCD 采集物体不同状态下的全息图i H1(k ,l )和i H2(k ,l )并将其存储在计算机中。
用计算机对其分别进行数值再现,可得到两种状态下物场的复振幅分布u d1(m ,n )和u d2(m ,n ),进而得到相位分布<1(m ,n )和<2(m ,n ),则两种状态下再现物场的相位差分布[2]可表示为Δ<(m ,n )=<1-<2,<1≥<2<1-<2+2π,<1<<2(7)如果物场的变化为平板试样的纯弯曲变形,则由(7)式得到的相位差分布图样与平板试样纯弯曲变形的离面位移分布图样等效。
因此,可通过由(7)式所得的相位差分布图计算试样材料的泊松比。
3 实验测量系统实验测量系统主要由数字全息图记录光路、试样加载夹具、CCD 、图像数据采集与处理系统组成。
光路结构如图2所示。
He 2Ne 激光器发出的细激光束(λ=632.8nm )由分束镜BS 1分为两束,其中一束光经扩束镜B E 1和准直透镜L 扩束准直后照射在待测试样表面,经反射后作为物光垂直投射到CCD 的光敏面上;另一束光依次经平面镜M 反射,小孔扩束镜B E 2扩束和半透半反镜BS 2反射后,以一定的倾角投射在CCD 的光敏面上。
光阑D 用于调节光斑大小,减光板P 1和P 2用来调节总光强以887中 国 激 光 32卷 及物光与参考光的光强比。
通过改变分束镜BS 2的方位角可以方便地调节到达CCD 光敏面上的物参夹角。
实验所用CCD 为敏通1802CB 黑白型,其靶面的实际尺寸为6.40mm ×4.80mm ,像素数为795(H )×596(V ),每个像素的尺寸为8.1μm ×8.1μm 。
采用无透镜傅里叶变换全息记录光路的特点是,光路结构简单便于实用化;光学元件少且无需成像透镜,因而可避免或降低因其表面的灰尘或污渍引起的衍射图样以及透镜带来的像差等非线性影响;数值重建算法简单,只需一次傅里叶变换,因而使得再现处理周期缩短;横向分辨率高且能够充分利用CCD的空间带宽[7,8]。