剪切电子散斑干涉仪的实验应用

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图１是剪切散斑的光路图

Ｌ：扩束镜；Ｍ：反射镜；Ｗ：Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ棱镜；Ｐ：偏振镜。楔块的楔角为ａ，肛是折射率，在像平面上被测量物体的剪切量：

觑’＝Ｄｌ（肛一１）口

同样地，如折合到物体表面的剪切量为

ｎ

既＝甄７ｉｓ．－－０＝Ｄｏ（ｐ—１）口（１）

其中Ｄ。和Ｄ。分别为透镜到物体表面和到成像平面的距离。这里假设楔块的楔角是沿ｘ方向。图２为剪切散斑记录光路。同样，如楔块的楔角是沿Ｙ方向的则剪切也是沿，，方向。

图２剪切散斑记录光路

对于整个物体来说，在像平面上形成了两个互相剪切的像，它们的波前分别为：

Ｕ（Ｘ，ｙ）＝ｏｔｅｘｐ［Ｏ（ｘ，，，）］（２）

Ｕ（菇＋舐，Ｙ）＝ａｅｘｐ［ｏ（ｘ＋舐，Ｙ）］（３）

这里ａ表示光的振幅分布，ｐ（菇，，，）和ｐ（ｚ＋缸，Ｙ）分别表示为两个剪切像的相位分布。这样，在像平面上两个像叠加结果为：

Ｕｒ＝ｒｅ（茗，Ｙ）＝ｔｙ（菇＋舐，ｙ）（４）

其光强则为：

，＝ＵｒＵｒ‘＝２ａ２［１＋ｃｏｓ∥＿］ｒ］

∥ｘ＝秒（菇＋融，），）一日（茁，，，）（５）

当物体变形后，光波将形成一个相位的相应变化△∥。变形后的光强将变为：

，’＝２ａ２［１＋１３０８（∥ｘ＋△∥ｊ）］（６）

在剪切电子散斑干涉中，采用光电子元件（通常ＣＣＤ摄像机）进行记录并直接输入计算机。它采用与电子散斑干涉法相同的信息表征模式，即用变形前后两幅散斑图像相减，其合成的记录光强为式（５）和现代科学仪器２００８１（６）相减：

Ｉｒ＝Ｉ，７（ｒ）一，（ｒ）Ｉ

＝｜４Ⅱ２ｓｉｎｈ学】ｓｉｎ学Ｉ（７）这种相减方式把本底光强或背景光强去除，而突

出了由于变形引起的相位变化△矽。的结果。当△勿。＝２ｎｏｒ＋儡ｒ／２，其中，ｌ＝０，４－１，４－２…时，，，为极大值，即为亮条纹，从（７）可以看出，通过计算机可以很快地、直接地获得表示物体位移导数的条纹图。但是由于其存在的高频散斑的调制，图像质量较差，所以，必须采用滤波以及相位处理的方法进一步处理。

３实验设备

我们实验所采用的剪切电子散斑干涉仪是由同济大学与上海７１ｌ研究所联合研制的。剪切电子散斑干涉大多使用剪切棱镜，棱镜是由两个直角棱镜组成，当一束光垂直人射到棱镜表面上时，在后表面形成两束互相分开的，振动方向互相垂直的平面偏振光。这两束光互为参考光和物光而干涉，但其振动方向互相垂直，所以需要在棱镜后加一块偏振片，使其振动方向相同。图３为ＥＳＳＰＩ的内部构造，图４为整套设备。它的优点在于光路布置简单，两束相干光波强度基本相等，因而可达到等光强的要求。：

图３仪器内部构造

图４整套设备

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光源采用固体泵浦绿激光器，其特点是发光功率大，体积小，便于携带，激光性质是偏振光，可以加上光学调节机构使之应使用要求表现不同的偏振方向性。采用压电陶瓷（ＰＺＴ）相移器，电源是专用精密调节电压相移器电源。载波器最小偏转角度为：每给一个脉冲转１．８０。

４实验方法与结果

将标准试件放在ＥＳＳＰＩ仪器的前方，利用附带软件系统。可以对试件的三维位移及应变的测量图像数据进行处理分析，从干涉条纹图中提取三维位移信息及应变信息。采用基于ＭｅｔｅｏｒＩＩ图像采集卡的图像处理软件，在试件未加载情况下，所显示的图像应为全黑；对试件加载离面位移后，可以在计算机上看到实时相减的相关条纹。再次点击Ｐａｕｓｅ菜单命令或相应的按钮，使实时相减采图过程暂停；此时计算机显示的图像冻结，可以选用ＩｍａｇｅＥｘｐｏｒｔ菜单命令或相应的按钮，将当前冻结的图像保存到计算机里。图５是采用等４步相移法获得的图片。

图５四步相移图

通过软件将以上图像解包裹，用相关软件处理后６，图７所示。获得标准试件变形后的三维和平面示图。分别如图

图６三维图

ＥＳＳＰＩ仪以前是依靠进口，成本比较贵。ＥＳＳＰＩ仪器的研制成功，可以降低投入，测量精度非常高，使电子剪切散斑技术向三维、高精度和自动化方向发展，具有灵敏度高并可调节、非接触测量等优点；结合有限元计算可以形成实验和有限元相结合的方法，将成为无损检测的有效方法之一。

７０参考文献

图７平面图

［１］赵清澄．光测李学教程．高等教育出版社．１９９６．１２

［２］张熹．ＥＳＳＰＩ仪实验教案．上海７１１研究所．２００３

ＭｏｄｅｍＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ２００８

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剪切电子散斑干涉仪的实验应用

作者：曾伟明， 朱启荣， 章彰， 王东方， 杨国标， Zeng Weiming， Zhu Qiming， Zhang Zhang， Wang Dongfang， Yang Guobiao

作者单位：曾伟明,朱启荣,章彰,Zeng Weiming,Zhu Qiming,Zhang Zhang(同济大学航空航天与力学学院,上海,200092;同济大学国家力学实验教学示范中心,上海,200092)， 王东方,杨国标

,Wang Dongfang,Yang Guobiao(同济大学航空航天与力学学院,上海,200092)

刊名：

现代科学仪器

英文刊名：MODERN SCIENTIFIC INSTRUMENTS

年，卷(期)：2008(1)

1.张熹ESSPI仪实验教案 2003

2.赵清澄光测李学教程 1996

本文链接：/Periodical_xdkxyq200801021.aspx