工程實(shí)驗(yàn)力學(xué)第11章-激光散斑干涉法課件

1、工程實(shí)驗(yàn)力學(xué)第11章激光散斑干涉法11.1激光散斑的物理性質(zhì)11.2單光束散斑干涉法11.3雙光束散斑干涉法11.4剪切散斑干涉術(shù)11.5電子散斑干涉術(shù)11.1激光散斑的物理性質(zhì)1)斑的橫向尺寸為：無透鏡散斑，也稱客觀散斑，在夫浪和費(fèi)衍射區(qū)1.2Z/D；透鏡成像時，也稱主觀散斑，斑的橫向尺寸為：橫=1.2FZ。2)空間散斑的形狀為雪茄形，其縱向尺寸為：縱=5Z2/D2，這里指的是最大長度。11.1激光散斑的物理性質(zhì)圖11-1激光照射漫反射表面形成的散斑場11.2單光束散斑干涉法11.2.1單光束雙曝光散斑圖的記錄11.2.2單光束雙曝光散斑圖分析11.2.1單光束雙曝光散斑圖的記錄圖11-2單

2、光束雙曝光散斑圖的記錄a)客觀散斑b)主觀散斑11.2.2單光束雙曝光散斑圖分析1.逐點(diǎn)分析法2.全場分析法1.逐點(diǎn)分析法圖11-3逐點(diǎn)分析法光路圖1.逐點(diǎn)分析法圖11-4雙曝光散斑圖中的準(zhǔn)平移區(qū)內(nèi)的孔對和屏幕衍射光強(qiáng)分布a)孔對示意圖b)衍射暈內(nèi)的楊氏條紋1.逐點(diǎn)分析法圖11-5圓盤面內(nèi)旋轉(zhuǎn)雙曝光散斑圖對應(yīng)的各點(diǎn)的楊氏條紋圖樣2.全場分析法圖11-6傅里葉變換光路2.全場分析法圖11-7楊氏雙孔衍射的原理圖2.全場分析法圖11-8焦平面上的點(diǎn)與散斑圖上的點(diǎn)的衍射方向的關(guān)系2.全場分析法圖11-9雙曝光散斑圖全場分析法條紋圖像a)u場b)v場11.3雙光束散斑干涉法11.3.1雙光束散斑圖的記

3、錄11.3.2雙光束散斑圖的面內(nèi)位移信息的提取11.3.1雙光束散斑圖的記錄圖11-10雙光束散斑圖的記錄a)測量面內(nèi)位移b)測量離面位移11.3.2雙光束散斑圖的面內(nèi)位移信息的提取圖11-11雙光束散斑圖相位變化與位移的關(guān)系11.3.2雙光束散斑圖的面內(nèi)位移信息的提取圖11-12提取位移信息的高通濾波光路11.3.2雙光束散斑圖的面內(nèi)位移信息的提取圖11-13用雙光束散斑法得到的面內(nèi)位移和離面位移條紋圖a)懸臂梁受集中載荷u場條紋b)周邊固支板受集中載荷w場條紋11.4剪切散斑干涉術(shù)11.4.1剪切散斑圖的記錄11.4.2剪切散斑的條紋形成與分析11.4.3條紋的解釋11.4.1剪切散斑圖的

4、記錄圖11-14剪切散斑圖記錄光路11.4.2剪切散斑的條紋形成與分析剪切散斑的記錄過程與單光束散斑照相一樣，分別在物體未變形和變形以后，對物體進(jìn)行曝光，記錄在同一張底板上，進(jìn)行顯、定影處理，即可得到一張剪切散斑照片，將照片放到傅里葉分析光路中去，擋去譜平面上的直流分量，即可看到清晰的條紋。11.4.3條紋的解釋圖11-15剪切散斑變形與位相的關(guān)系11.4.3條紋的解釋圖11-16固支矩形板受中心集中載荷下水平剪切方向的條紋圖11.4.3條紋的解釋圖11-17用剪切散斑得到的與內(nèi)部缺陷有關(guān)的條紋11.5電子散斑干涉術(shù)11.5.1簡介11.5.2電子散斑干涉術(shù)11.5.3電子剪切散斑干涉術(shù)11.

5、5.4可調(diào)實(shí)時時間差ESSPI技術(shù)及其改進(jìn)11.5.1簡介隨著電視、攝像、計(jì)算機(jī)等電子技術(shù)的發(fā)展，人們很自然地想到如何將其應(yīng)用到全息和散斑干涉條紋的記錄與處理上。電子散斑干涉技術(shù)(ESPI)是發(fā)展最早的計(jì)算機(jī)輔助光學(xué)測量方法。1971年英國科學(xué)家J.A.Leenderts、J.N.Butters和美國的A.Makoviski同時采用電視攝像管替代全息照相干版記錄散斑圖，一個相減器和濾波器用來處理攝像管記錄的電子信號，從而得到表示物體位移、變形的干涉條紋。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到數(shù)字散斑階段，這項(xiàng)技術(shù)越來越得到重視，各種方便、實(shí)用的電子散斑干涉儀被研制成功，并得到了廣泛

6、的應(yīng)用，已成為計(jì)算機(jī)輔助光學(xué)測量的一個重要方面。該技術(shù)不僅可以完成表面變形量的測量，并且由于它具有實(shí)時性、高靈敏度性、非接觸性、全場測量等特點(diǎn)，在工業(yè)無損檢測上得到了廣泛應(yīng)用。11.5.2電子散斑干涉術(shù)圖11-18測量面內(nèi)位移的電子散斑系統(tǒng)a)利用全反鏡得到雙光束照明的光路b)對稱光路11.5.2電子散斑干涉術(shù)圖11-19測量離面位移的電子散斑系統(tǒng)光路11.5.3電子剪切散斑干涉術(shù)圖11-20電子剪切散斑的光路系統(tǒng)11.5.4可調(diào)實(shí)時時間差ESSPI技術(shù)及其改進(jìn)圖11-21可調(diào)實(shí)時時間差ESSPI系統(tǒng)11.5.4可調(diào)實(shí)時時間差ESSPI技術(shù)及其改進(jìn)圖11-22電子剪切散斑的實(shí)時時間差技術(shù)a)t

7、=50msb)t=100msc)t=200msd)t=500ms11.5.4可調(diào)實(shí)時時間差ESSPI技術(shù)及其改進(jìn)圖11-23實(shí)時掃描得到全場的圖像a)同時顯示多個缺陷b)對局部缺陷放大觀測附錄：傅里葉光學(xué)有關(guān)公式介紹一、傅里葉變換二、卷積一、傅里葉變換1.定義2.幾個重要定理3.在物理光學(xué)中的傅里葉變換式的應(yīng)用及物理意義1.定義我們用Fg表示含兩個自變量x和y的一個復(fù)函數(shù)g的傅里葉變換式(也叫傅里葉譜或頻譜)，它由下式定義G(fx,fy)=Fg=-g(x,y)exp-j2(fxx+fyy)dxdy (11-28a)這樣定義的變換式本身也是兩個自變量fx和fy的復(fù)函數(shù)。fx和fy一般稱為頻率。相

8、仿地，函數(shù)G(fx,fy)的逆傅里葉變換可用F -1G表示，其定義為g(x,y)=F-1G=-G(fx,fy)expj2(fxx+fyy)dfxdfy (11-28b)2.幾個重要定理1)線性定理：兩個函數(shù)之和的傅里葉變換簡單地是它們各自變換之和2)相移定理：函數(shù)在物平面上的一個位移，帶來譜平面上的一個線性相位的變化。3)傅里葉積分定理：對函數(shù)相應(yīng)地進(jìn)行變換和逆變換又得到原函數(shù)3.在物理光學(xué)中的傅里葉變換式的應(yīng)用及物理意義1)不同孔徑的夫浪合費(fèi)衍射圖樣，是孔徑函數(shù)P的傅里葉變換。2)薄透鏡的傅里葉變換性質(zhì)。3.在物理光學(xué)中的傅里葉變換式的應(yīng)用及物理意義圖11-24特定頻率的基元函數(shù)與特定方向平面波的關(guān)系2)薄透鏡的傅里葉變換性質(zhì)。圖11-25標(biāo)準(zhǔn)的傅里葉變換光路二、卷積1.定義2.用卷積計(jì)算成像3.傳遞函數(shù)4.卷積定理1.定義2.用卷積計(jì)算成像圖11-26卷積運(yùn)算2.用卷積計(jì)算成像圖11-27卷積成像計(jì)算3.傳遞函數(shù)對于線性空間不變系統(tǒng)，有：當(dāng)一個點(diǎn)光源在物場中移動時，若點(diǎn)光源的像只改變位置而不改變它的函數(shù)形式，則此成像系統(tǒng)是空間不變的。對于線性空間不變系統(tǒng)，若h(x,y)為系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)，并且其光學(xué)傳遞函數(shù)為Fh(x,y)=H(fx,fr) (11-36)輸入函數(shù)g1(x1,y1)和輸出函數(shù)g2