激光散斑干涉实验

激光散斑干涉实验 摘要:激光散斑测量法是在全息方法基础上发展起来的一种测量方法，这种方法具有很强的实用价值。散斑位移测量不仅可以实现离面微位移的测量，也可以进行面内微位移测量。主要是对面内微位移进行了测量研究，利用设计的测量系统将物体发生位移前后的散斑图由CCD 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 下来，分别用数字散斑相关法和散斑照相法对散斑图像进行了分析处理，并得出了相应的结论。 关键词:激光散斑;位移测量;数字图像处理 一、 引言 激光自散射体的粗糙 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面漫反射或通过透明散射体（毛玻璃等）时，在散射表面或附近的光场中会形成无规则分布的亮暗斑点，称为激光散斑。 激光散斑在全息图上是一种有害的背景噪声，但由于散斑携带了光束和光束所通过物体的光学信息，于是产生了广泛的应用。例如，用散斑的对比度测量反射表面的粗糙度；利用散斑的动态情况测量物体运动的速度；用散斑进行光学信息处理，甚至利用散斑验光等等。但应用领域最广的是散斑干涉测量技术。散斑干涉技术在机械工程方面可以用于测量物体表面的形变和裂纹、损伤和应力分布，在天文学方面可以测量大气的扰动和温度场分布，在医学、力学和光处理等领域也有广泛的影响。 二、 实验 2.1实验测试系统 散斑干涉测量离面位移光路图如下图所示 2.2实验原理 （1）激光散斑 当相干光照射一个粗糙物体的表面（或通过透明的粗糙面）时，在物体表面前的空间，可得到一种无规律分布且明暗相间的颗粒状光斑，称为散斑。由于激光的高度相干性，表面散射光在空间中随机相干叠加后会形成一些亮暗分明的区域，且呈现无规则分布，按照在散射面有无透镜，可以将散斑场划分为主观散斑和客观散斑，由于透镜的使用，主观散斑又被称为成像散斑。 （2）利用散斑干涉术测量面内位移 散斑干涉计量就是将物体表面空间的散斑记录下来，当物体运动或由于受力而产生变形时，这些随机分布的散斑也随之在空间按一定规律运动。因此能利用记录的散斑图分析物体运动或变形的有关信息。当测量物体在面内发生位移时，通常在被测物体位移前，将散斑记录下来，然后使物体垂直于光轴发生一微小面内位移d，再次记录。两次记录的图样是同一个物体发生相对位移Md前后的两个散斑图（M为散斑图的放大倍数），其上的各斑点都是成对出现的，相当于在底片上布满了无数的“双孔”。与杨氏双孔衍射相似，在像面上看到的是在一个衍射晕内的等间距平行线，称为杨氏条纹图。 （3）离面位移（形变）的散斑测量 设A1、A2分别是被测场M1与参考面M2产生的散斑场在P点上的振幅。P点合振幅为A1+A2，强度取决于A1、A2的位相。当物体M1位移（或变形）后，若位相差的改变为2π、4π，.....相应的光程差改变为λ，2λ，......变形前后的散斑场强度一致，称为相关。若光程差改变为λ/2，3λ/2，......,亮散斑变成暗散斑，称为不相关。将变形前后的图像拍下来，对两幅散斑图像进行相减，可得相关位移信息。 2.3实验过程 （1）搭建并调整实验系统 按照实验光路图在光学平台上搭建主观散斑记录光路，并调整系统共轴，要求激光束与台面平行，并用针孔滤波器对光束进行滤波后，照明待测物体。 说明：接收器采用CCD器件，由CCD器件采集的光强信息经过采集卡进行AD变换，将模拟信号变成数字信号，再显示在计算机屏幕上，此数字信号同时存入计算机硬盘上便于数据处理。 （2）拍摄散斑图 A、采用前面已调整好的主观散斑记录光路，将毛玻璃作为待测物体，物光束经成像透镜投射到CCD表面，由CCD拍摄的散斑图显示在计算机屏幕上。前后移动CCD，仔细观察散斑场的分布情况，重点注意散斑的对比度、形状和大小与照明条件的关系等，继而得到对激光散斑的定性认识； B、将毛玻璃换作名片、请柬重复以上实验。 （3）散斑干涉测量 A、测量微小面内位移 利用前面已经调整好的主观散斑的拍摄光路，将毛玻璃更换为待测物，物光束经成像镜头投射到CCD表面。调整物距，找到成像最清晰的位置并且固定待测物。利用待测物调整架上的千分头使待测物体在自身平面内做微小位移，用计算机上的图像采集程序控制CCD摄像机，对物体发生位移前后的散斑图进行记录并相减，通过散斑条纹计算散斑位移量，并与待测物体的手动位移量作比较。 B、测量微小离面位移 a按照实验原理图搭建好光路，要求激光束与台面平行，各器件同轴等高，分光棱镜分出的物光均匀照射离面位移待测物，参考光经同光程反射后与物光波汇合同时进入CCD； b把圆形压力盒作为被测物，压力盒表面有微小的突起和回复，通过软件实时剪切，观察条纹的产生以及变化情况，据此定性分析圆形压力盒的表面实时突起变化的情况； c将圆形压力盒（变形物）换成刚性推板俯仰物，通过推动千分丝杆使推板前倾产生离面位移，观测条纹，通过软件定量计算俯仰板上各点较原位置的位移量，并通过丝杆读书计算验证。 （4）设计性实验 压电陶瓷的热变形测量： 通过对压电陶瓷施加不同的电压，实验中为3.0V、6.0V、9.0V、12.0V、15.0V，用软件实时剪切，观察条纹的产生以及变化情况，据此分析压电陶瓷的热变形情况。 3、  结果与讨论 （1）等倾干涉 图1              图2            图3              图4 讨论：面内位移越大，等倾干涉条纹越密 （2）等厚干涉 实验数据：   图一 图二 图三 图四 图五 环数 10 8 6 4 3             表格：环数与离面位移的关系 数据分析：离面位移越大，环数越多。 (3)压电陶瓷 图1  3V        图2  6V      图3  9V      图4  12V    图5  15V y 第几环 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5   x 位置(cm) -9.2 -8.5 -7.5 -6.5 -4.5 3.5 4.5 6.75 8 9 牛顿环1 x 位置(cm) -13.5 -12 -10.5 -8 -4 4 7.5 10     牛顿环2 x 位置(cm)   -13 -10.5 -7.5 -3 3 8       牛顿环3 x 位置(cm)     -11 -8.5 -3 2.5 7.5 10.5     牛顿环4 x 位置(cm)     -14 -8 -1.5 2.5 8       牛顿环5                           表格：用 ppt 关于艾滋病ppt课件精益管理ppt下载地图下载ppt可编辑假如ppt教学课件下载triz基础知识ppt 标尺标定第几环所在的位置 折线图：用PPT标尺标定第几环所在的位置 4、  思考题 （1）什么叫散斑和成像散斑？散斑干涉技术有何用途？ 答：当一束激光射到物体的粗糙表面上时，由该物体上各点散射的光强位相是随机分布的，他们相加以后的振幅与位相都是随机的，故在粗糙表面前面的空间将布满明暗相同的亮斑与暗斑，这些亮斑与暗斑的分布是杂乱的，所以称为散斑，散斑布满整个空间。散斑经过一个光学系统，在它的像平面上形成的散斑，即为成像散斑。本实验采用成像散斑，有利于利用透镜从空间散斑中确定所需的散斑采样面，同时也方便利用CCD进行数据采集。 被激光照明的粗糙物面在透镜的像面上形成散资图，此法称为散斑照相。若这时另外加一个相干的参考光，该相干的参考光可以是平面波、球面波．甚至是另一粗糙面的散斑场，这种组合散斑场的技术，就称为散斑干涉术。激光散斑干涉在许多领域得到应用。包括：测量纵向位移的散斑干涉技术，测量横向位移的散斑干涉技术，激光散射法测量圆柱内孔表面质量，测量粗糙表面光洁度等等。 （2）从实验观察到的现象，说出散斑的基本性质。 答：当相干光照射一个粗糙物体的表面（或通过透明的粗糙面）时，在物体表面前的空间，可得到一种无规律分布且明暗相间的颗粒状光斑，称为散斑。散斑颗粒的大小定义是两相邻亮斑间距离的统计平均值，此值是由产生散斑的激光波长及粗糙表面圆形照明区域对该散斑的孔径角所决定。散斑的强度分布为负指数概率密度函数，这种完全杂乱无章的随机散斑图称为正常散斑图。 （3）怎样从数据图读出被测面位移量? 答：使散斑样品产生微弱的离面位移，将位移后得到的散斑图像与位移前的图像进行“图像相减”，得到所要的散斑形变量。 参考文献： [1]Hung Y Y. Shearography: a Novel and Practical Approach for Nondestructive Testing【J】.Journal of  Nondestructive Testing, 1998, 8 (2):55一67 [2]L i X, Wang K, D eng B. Matched Correlation Sequence Analysis in Temporal Speckle Pattern 1nterferom a try【J】.Optics&Laser  Technology,2004,36(4):315一322 [3]杨国光.近代光学测试技术[M].北京:机械工业出版社，1986 [4]王任达.全息和散斑检测[M].北京:机械工业出版社，2005 [5]甄志强，闰海涛，汤正新.基于数字散斑自相关技术的微位移测量[J].河南科技大学报:自然科学版，2006,27(4):95一97 [6]吕乃光.傅里叶光学[M].北京:机械工业出版社，2006 [7]李喜德.散斑检测技术及其应用[J].理化检验一物理分册，2004, 40 (5) : 245一251