云纹测量技术
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七十年代末，高密度全息制栅技术的迅速发展，每毫米几 千线商品光栅开始出现；
八十年代后期以来，云纹干涉法的迅速发展，为光测力学 的推广和应用注如了新的活力。
7
单幅正交光栅
8
两幅正交光栅叠加形成正交云纹
9
单向平行光栅叠加形成的云纹
10
云纹形成的条件
云纹的形成需要有两组光栅：变形测量中一般为试件栅和 参考栅。
16
光栅的特征
•光栅的栅距 p ：相邻栅线 中心线间的距离. x •光栅的频率:
f 1 p
•主方向: 垂直于栅线方向称为主方向
17
几何云纹？ 两组光栅叠合后产生的几何干涉条纹
18
成因： 光栅遮光 现象形成的
19
云纹条纹的含义 光栅主方向上的位移量大小； 试件栅与参考栅的相对转角。
20
变形前:试件栅和参考栅重合
第九讲 云纹测量技术
内容提纲 云纹的基本介绍 几何云纹法 云纹干涉法 光栅的制备技术 影像云纹法
2
云纹的基本介绍
3
我们身边的云纹：
生活中经常能见到一些云纹现象，如两层蚊帐相叠 产生条纹，两把梳子相叠产生云纹。
几何云纹
带网眼的 钢丝碗
电视画面中的云纹
木梳
4
自然界中动物的斑纹
斑马身上为什么有条纹？ 自然进化的结果，有的解释为避免
P
27
Optical MoiréMethod
Master MoiréFringe Grid
Model Grid
Master Grid
Mismatch
Misalignment
Two kinds of Moiréfringe
28
Model grid Offset
29
面内几何云纹： 一般应用正交光栅， 可同时测量u,v位移场 实现方法： 旋转参考栅或试件栅（90°）；
影像云纹（shadow moiré)：离面位移（挠度、形状）测 量
反射云纹法：离面位移的偏导数
12
云纹法 应用范围及 目前所能达到水平 测量应变灵敏度一般能达到10－4，最高可达10－5
。 可测频率为每秒上万次的动应变或动位移（取决
于照相速度）。 可高温应变测量，可达12000C 可在弹性、弹塑性、塑性及裂纹附近应变场量测 可测梁、板及壳等构件的挠度和斜率（平面）。 可测各种形状曲面的高度、3D形貌、离面位移。
11
22
33
44
y
55
66
7 7 (光栅主方向y)
88 99
21
变形后: 云纹出现
A C
A---0级，B点：+1，C点：-1
1 2 B3 4x 5 6 7 8 9
22
云纹的形成
23
平行云纹的产生
P
Δ
P
24
节距相同与不同平行云纹对比
25
等节距栅转角云纹变化
26
转角云纹产生
θθ
P θP θ θ
光可获得正交型光栅,则可用于二维面内位移场和应变场
测量.
41
如同普通云纹法，也可以将全息试件 栅放入制栅光路里进行实验：
v np(n为云纹级数 )
42
云纹干涉法的基本原理
试件栅是与变形物体连接的光栅； 参考栅是固体不动的，不参与物体变形的光栅。
试件栅 + 参考栅 云纹
11
云纹法的定义及分类
云纹法分类(依据教科书)：
几何云纹法（coarse moiré)：面内位移测量，光栅密度 为5线/毫米-100线/毫米
云纹干涉法（ interferometric moiré）：面内位移测量， 灵敏度波长量级，光栅密度通常是600线/毫米-2400线/ 毫米
蚊虫的叮咬，另一种解释为自我保 护色，迷惑猛兽；
5
什么是云纹？
定义：云纹法是利用两组栅线重叠时，由栅线的互相遮掩 所形成的条纹（称为云纹）来测量受力物体的位移场及应 变场的光测方法。
云纹（法文中为Moiré）一字原意是丝绸云纹，两块半透 明的丝绸重叠在一起会出现云纹现象，因此得名。
Moiré正确拼读：
s pp' p' p
p
p
p' p p p(1 )
s p(1 )
p
s p
p s
p
s
33
由云纹计算应变的方法:
转角云纹
B1
A1
BA
pm
D
O
C
ps
p
1 s
y
BB1 OB
OB1 OB OB
pS1 pS
pS
y
pm pS
sin( ) 1 s in
34
由云纹计算应变的方法:
观。
38
全息光栅 云纹干涉法测量基本原理 云纹干涉仪简介
39
云纹干涉法的传感元件
全息光栅的样式和种类
X
X Y
40
全息光栅的形成
准直激光
2β
激光感光胶
空间虚栅
f 2Sin
600-2400线/毫米
云纹干涉法采用的光栅频率f通常为1200线/mm，也有采用
600和2400线/mm的.通过使全息干板转动90度进行二次曝
英语：[mwɑː] 法语：[mwɑːreɪ]
这种方法的命名与中国古代输往欧洲的云纹绸等丝绸的编 织技艺有关。国外就是借用了中国丝绸中因纤维交叉编织 而形成的条纹，即云纹一词（法文中为Moiré） 。
6
云纹的发展：
云纹发现有百余年历史，但直至1948年才应用于应变测量 ；
二十世纪六十年代，照相制版技术的发展，为云纹试件栅 的制备提供有效的手段，云纹法有了广泛的应用；
•相邻云纹条纹的位移增量为一个栅距， y
U场云纹
xy xx
N
N+1
x x
V场云纹
yx yy
y
35
云纹干涉法
36
云纹干涉法
应用高密度衍射光栅和激光干涉技术进行位移和变形 测量的一种现代光测力学实验方法。
37
云纹干涉法
八十年代，D POST倡导的（激光应用后） 非接触、实时全场位移和应变分析 高灵敏度：600-2400线/毫米（波长量级） 大量程,高反差条纹，良好的条纹对比度；直
13
几何云纹法
14
几何云纹法 几何云纹法：用于面内的变形测量 离面变形测量：
影像云纹法 条纹投影法（投射平行光栅，并没有光栅叠加形成云纹
）
15
光栅的类型
光栅:周期性的空间结构或光学性能的衍射屏,通称光栅。
云纹法光栅分类: 形状和性能角度；实验角度 （试件栅和参考栅）
X Y
X 平行光栅
正交光栅
或在4F滤波光路里。
30
重要的结论： 同级云纹上各点沿光栅主方 向的位移相等。
v np(n为云纹级数 )
相邻云纹条纹的位移增量为 一个栅距，
v vn1 vn p
31
已知云纹图如何计算应变 如已知u,v 云纹?
32
Baidu Nhomakorabea
由云纹计算应变的方法:
P
平行云纹
参考栅
S
试件栅
P
p' p p
s np
s (n 1) p'
八十年代后期以来，云纹干涉法的迅速发展，为光测力学 的推广和应用注如了新的活力。
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单幅正交光栅
8
两幅正交光栅叠加形成正交云纹
9
单向平行光栅叠加形成的云纹
10
云纹形成的条件
云纹的形成需要有两组光栅：变形测量中一般为试件栅和 参考栅。
16
光栅的特征
•光栅的栅距 p ：相邻栅线 中心线间的距离. x •光栅的频率:
f 1 p
•主方向: 垂直于栅线方向称为主方向
17
几何云纹？ 两组光栅叠合后产生的几何干涉条纹
18
成因： 光栅遮光 现象形成的
19
云纹条纹的含义 光栅主方向上的位移量大小； 试件栅与参考栅的相对转角。
20
变形前:试件栅和参考栅重合
第九讲 云纹测量技术
内容提纲 云纹的基本介绍 几何云纹法 云纹干涉法 光栅的制备技术 影像云纹法
2
云纹的基本介绍
3
我们身边的云纹：
生活中经常能见到一些云纹现象，如两层蚊帐相叠 产生条纹，两把梳子相叠产生云纹。
几何云纹
带网眼的 钢丝碗
电视画面中的云纹
木梳
4
自然界中动物的斑纹
斑马身上为什么有条纹？ 自然进化的结果，有的解释为避免
P
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Optical MoiréMethod
Master MoiréFringe Grid
Model Grid
Master Grid
Mismatch
Misalignment
Two kinds of Moiréfringe
28
Model grid Offset
29
面内几何云纹： 一般应用正交光栅， 可同时测量u,v位移场 实现方法： 旋转参考栅或试件栅（90°）；
影像云纹（shadow moiré)：离面位移（挠度、形状）测 量
反射云纹法：离面位移的偏导数
12
云纹法 应用范围及 目前所能达到水平 测量应变灵敏度一般能达到10－4，最高可达10－5
。 可测频率为每秒上万次的动应变或动位移（取决
于照相速度）。 可高温应变测量，可达12000C 可在弹性、弹塑性、塑性及裂纹附近应变场量测 可测梁、板及壳等构件的挠度和斜率（平面）。 可测各种形状曲面的高度、3D形貌、离面位移。
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33
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y
55
66
7 7 (光栅主方向y)
88 99
21
变形后: 云纹出现
A C
A---0级，B点：+1，C点：-1
1 2 B3 4x 5 6 7 8 9
22
云纹的形成
23
平行云纹的产生
P
Δ
P
24
节距相同与不同平行云纹对比
25
等节距栅转角云纹变化
26
转角云纹产生
θθ
P θP θ θ
光可获得正交型光栅,则可用于二维面内位移场和应变场
测量.
41
如同普通云纹法，也可以将全息试件 栅放入制栅光路里进行实验：
v np(n为云纹级数 )
42
云纹干涉法的基本原理
试件栅是与变形物体连接的光栅； 参考栅是固体不动的，不参与物体变形的光栅。
试件栅 + 参考栅 云纹
11
云纹法的定义及分类
云纹法分类(依据教科书)：
几何云纹法（coarse moiré)：面内位移测量，光栅密度 为5线/毫米-100线/毫米
云纹干涉法（ interferometric moiré）：面内位移测量， 灵敏度波长量级，光栅密度通常是600线/毫米-2400线/ 毫米
蚊虫的叮咬，另一种解释为自我保 护色，迷惑猛兽；
5
什么是云纹？
定义：云纹法是利用两组栅线重叠时，由栅线的互相遮掩 所形成的条纹（称为云纹）来测量受力物体的位移场及应 变场的光测方法。
云纹（法文中为Moiré）一字原意是丝绸云纹，两块半透 明的丝绸重叠在一起会出现云纹现象，因此得名。
Moiré正确拼读：
s pp' p' p
p
p
p' p p p(1 )
s p(1 )
p
s p
p s
p
s
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由云纹计算应变的方法:
转角云纹
B1
A1
BA
pm
D
O
C
ps
p
1 s
y
BB1 OB
OB1 OB OB
pS1 pS
pS
y
pm pS
sin( ) 1 s in
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由云纹计算应变的方法:
观。
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全息光栅 云纹干涉法测量基本原理 云纹干涉仪简介
39
云纹干涉法的传感元件
全息光栅的样式和种类
X
X Y
40
全息光栅的形成
准直激光
2β
激光感光胶
空间虚栅
f 2Sin
600-2400线/毫米
云纹干涉法采用的光栅频率f通常为1200线/mm，也有采用
600和2400线/mm的.通过使全息干板转动90度进行二次曝
英语：[mwɑː] 法语：[mwɑːreɪ]
这种方法的命名与中国古代输往欧洲的云纹绸等丝绸的编 织技艺有关。国外就是借用了中国丝绸中因纤维交叉编织 而形成的条纹，即云纹一词（法文中为Moiré） 。
6
云纹的发展：
云纹发现有百余年历史，但直至1948年才应用于应变测量 ；
二十世纪六十年代，照相制版技术的发展，为云纹试件栅 的制备提供有效的手段，云纹法有了广泛的应用；
•相邻云纹条纹的位移增量为一个栅距， y
U场云纹
xy xx
N
N+1
x x
V场云纹
yx yy
y
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云纹干涉法
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云纹干涉法
应用高密度衍射光栅和激光干涉技术进行位移和变形 测量的一种现代光测力学实验方法。
37
云纹干涉法
八十年代，D POST倡导的（激光应用后） 非接触、实时全场位移和应变分析 高灵敏度：600-2400线/毫米（波长量级） 大量程,高反差条纹，良好的条纹对比度；直
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几何云纹法
14
几何云纹法 几何云纹法：用于面内的变形测量 离面变形测量：
影像云纹法 条纹投影法（投射平行光栅，并没有光栅叠加形成云纹
）
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光栅的类型
光栅:周期性的空间结构或光学性能的衍射屏,通称光栅。
云纹法光栅分类: 形状和性能角度；实验角度 （试件栅和参考栅）
X Y
X 平行光栅
正交光栅
或在4F滤波光路里。
30
重要的结论： 同级云纹上各点沿光栅主方 向的位移相等。
v np(n为云纹级数 )
相邻云纹条纹的位移增量为 一个栅距，
v vn1 vn p
31
已知云纹图如何计算应变 如已知u,v 云纹?
32
Baidu Nhomakorabea
由云纹计算应变的方法:
P
平行云纹
参考栅
S
试件栅
P
p' p p
s np
s (n 1) p'