散斑測試技術(shù)的綜合應(yīng)用

一、實驗?zāi)康?/span>

進行離面位移的散斑測量

進行面內(nèi)位移的散斑測量

了解利用散斑測量速度及振動的方法。

二、實驗原理

測量離面位移的原理如圖1所示，M1是被測面，M2是參考面，M1與M2在像面上形成散斑圖。令A1為M1所產(chǎn)生的散斑圖在P點的振幅，A2為M2所產(chǎn)生的散斑圖在P點上的振幅，因為是相干的，在P點的合成振幅為A1＋A2，而P點的強度決定于A1與A2的位相差。當(dāng)物體M1變形后，則兩個散斑場的位相差發(fā)生改變，而合成的散斑場強度發(fā)生改變。若位相差的改變?yōu)?font face="Times New Roman">2π，4π，……，即程差的改變?yōu)?lambda;，2λ，3λ……，則變形后的散斑場強度與原來的一樣，稱為相關(guān)。若程差的改變?yōu)?lambda;/2，3λ/2，5λ/2……，則亮散斑變?yōu)楹谏?，而黑散斑變成亮散斑，稱為不相關(guān)。

將變形前后成像在CMOS上的兩個像相減，可以得到相關(guān)條紋。

測量面內(nèi)位移的系統(tǒng)如圖2所示。以兩束相干光照明粗糙面，以相同角度I在法線兩側(cè)平行入射，在物前方空間形成空間散斑場。CCD靶面平行物平面，CCD將光強信號轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)圖像卡數(shù)字化后形成灰度信號存儲。當(dāng)物體發(fā)生位移時，空間散斑顆粒也發(fā)生位移，則空間散斑在CCD靶面上也發(fā)生同樣的位移，在存儲器中分別記錄下物體位移前后的空間散斑圖。在位移前散斑圖上，取包含某散斑顆粒的子區(qū)，將其在位移后的數(shù)字散斑圖上進行相關(guān)搜索，由相關(guān)系數(shù)的最大值求出位移值。

利用漫射體的粗糙表面在激光照明下產(chǎn)生的散斑可以測量此漫射體的相對移動速度。當(dāng)用激光照射在運動的漫射體上時，同一個散斑用兩個探測器來接收，通過相關(guān)處理，求出延遲時間，就可以獲得相對移動速度。延遲時間的值為：

式中：X為二探測器之間的距離；σ為散斑的平均直徑；V為探測器的運動速度。

測量振動的方法是，將輔助漫射體產(chǎn)生的客觀散斑投射到待測物體上。整個輔助漫射體被激光照明，物面上布滿著由毛玻璃所產(chǎn)生的散斑。由于要觀察的是物體的振動，物面上的波節(jié)區(qū)（不動區(qū)域）不改變散斑結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出高對比散斑。而波節(jié)附近那些處于運動狀態(tài)的區(qū)域?qū)纬闪硪活惿邎D，它們將依運動狀態(tài)而隨時間迅速變化。物面的波腹區(qū)（振動區(qū)域）若其振動振幅超過一個散斑的長度，散斑就變得模糊。

三、實驗光路

圖3 實驗光路圖

四、實驗步驟

(1) 將擴束用10×物鏡換成20×物鏡擴束

(2) 16上裝散斑離面位移（形變）測試試片，18上裝平面鏡（PZT驅(qū)動），18工作臺前加裝大口徑衰減器

(3) 運行CSYLASER程序，按【活動圖像】按鈕，配合光路調(diào)整，可觀察到散斑干涉圖樣（干涉區(qū)顆粒微移類似于光學(xué)波面干涉效果），即形變前物面所對應(yīng)的散斑干涉場

(4) 運行【WAVE】程序，進行散斑干涉場的動態(tài)數(shù)字分析，得到變形前物面形貌，結(jié)果存盤（如取名為WAVE1）

(5) 手動16上形變螺釘使試片（鋁、銅、鋼）微凸

(6) 重復(fù)步驟(4)，得到形變后物面形貌

(7) 用【工具】菜單中【波面相減】功能選擇文件WAVE1就可將形變后的物面形貌減去形變前的物面形貌，得到形變量 

五、實驗記錄

將計算機處理的八幅圖作記錄，并回答下列問題：

7． 散斑干涉測量與數(shù)字干涉測量有什么原理上不同？

8． 散斑干涉測量的應(yīng)用特點及應(yīng)用前景

9． 散斑干涉測量有什么限制條件？