散斑測試技術的綜合應用

一、實驗目的

進行離面位移的散斑測量

進行面內位移的散斑測量

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所產生的散斑圖在P點的振幅，A2為M2所產生的散斑圖在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。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。

將變形前后成像在CMOS上的兩個像相減，可以得到相關條紋。

實驗原理

測量面內位移的系統如圖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將光強信號轉換為電信號，再經圖像卡數字化后形成灰度信號存儲。當物體發(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)，將其在位移后的數字散斑圖上進行相關搜索，由相關系數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生的散斑可以測量此漫射體的相對移動速度。當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）不改變散斑結構，表現出高對比散斑。而波節(jié)附近那些處于運動狀態(tài)的區(qū)域將會形成另一類散斑圖，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。

實驗原理