實(shí)驗(yàn)3-3 剪切散斑干涉法指導(dǎo)書

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1、剪切電子散斑干涉術(shù)（ESSPI）測(cè)量物體離面位移導(dǎo)數(shù)(2學(xué)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)12人)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌了解和掌握ESSPI測(cè)量物體離面位移導(dǎo)數(shù)的方法和技術(shù)；l學(xué)會(huì)用ESSPI測(cè)試周邊固支圓板的離面位移導(dǎo)數(shù)。二．實(shí)驗(yàn)器材和裝置試件為鋁箔中心固支圓板。試驗(yàn)器材有：激光器、反射鏡、分光鏡、擴(kuò)束鏡、透鏡、CCD、圖象卡、計(jì)算機(jī)及軟件。實(shí)驗(yàn)裝置和光路如圖1所示。圖1電子剪切散斑干涉術(shù)光路圖三．ESSPI的基本原理在剪切散斑照相機(jī)鏡頭前放置一個(gè)小角度的玻璃光楔，光線通過(guò)此玻璃光楔將產(chǎn)生偏折，在像平面上產(chǎn)生與光楔的楔角相同方向的兩個(gè)剪切像，由激光形成的這兩個(gè)像在像平面上相互干涉而形成散斑干涉條紋。對(duì)

2、于整個(gè)物體來(lái)說(shuō)，在像平面上形成兩個(gè)互相剪切的像，它們的波前分別為（2）（3）這里a表示光的振幅分布，Ф(x,y)和Ф(x+δx,y)分別表示為兩個(gè)剪切像的相位分布，這樣在像平面上兩個(gè)像疊加結(jié)果為（4）則光強(qiáng)為，（5）當(dāng)物體變形后，光波將產(chǎn)生一個(gè)相位的變化量Δfx，則變形后的光強(qiáng)為（6）4在剪切電子散斑干涉方法中，采用CCD攝像機(jī)進(jìn)行記錄并存入計(jì)算機(jī)中，采用電子散斑干涉相同的圖像相減處理方法，即變形前后兩幅散斑圖相減，即等式（6）和等式（5）相減可得（7）這種相減方式排除了背景光強(qiáng)的影響，突出了由于變形引起的相位變化Δfx的結(jié)果。該低頻條紋取決于物體變形引起的光波相位改變。當(dāng)時(shí)

3、，=0，及出現(xiàn)暗條紋。由光波相位改變與物體變形的關(guān)系：其中位照明方向與觀察方向的夾角，w是物體變形的離面位移，u是物體變形的面內(nèi)方向位移。在照明角度較小的情況下，相位變化可簡(jiǎn)化為：當(dāng)=2kπ（出現(xiàn)暗條紋）時(shí)，即，黑條紋處的離面位移導(dǎo)數(shù)是半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。一．不使用相移器的實(shí)驗(yàn)步驟l按圖1擺好光路，不使用相移器。調(diào)整光路時(shí)要求物光光程和參考光光程近似相等；光強(qiáng)大致相等。并且要求擋住參考光時(shí)，物光的成像要清楚，得到的散斑場(chǎng)要均勻，不能有特別亮的地方。而且，所拍的圖像要求包括一定的試件邊緣。l打開采圖軟件，先后點(diǎn)擊工具欄中CaptureImage和實(shí)時(shí)顯示。l點(diǎn)擊工具欄中Refere

4、nceSpeckleImage作為參考圖象。l預(yù)實(shí)驗(yàn)。點(diǎn)擊窗口中的RealTime按鈕，旋轉(zhuǎn)螺旋桿，施加一定壓力，軟件開始連續(xù)采集散斑圖，并自動(dòng)把每一幅散斑圖都和第一幅進(jìn)行相減處理，形成的條紋圖顯示在窗口中。要求形成清晰的條紋圖。l開始做實(shí)驗(yàn)。重復(fù)3和4。開始施加壓力時(shí)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到一幅清晰的條紋圖，再按鈕固定條紋圖。同時(shí)，讀出螺旋干的施加位移Δq值。然后把條紋圖保存起來(lái)（*.bmp文件）。4圖2ESPI測(cè)量離面位移的軟件操作窗口一．使用相移器的實(shí)驗(yàn)步驟l用前面的1-5步驟。l點(diǎn)擊Power/PZTDriverPanel顯示PZT相移器驅(qū)動(dòng)面板選擇接受計(jì)算機(jī)控制；l預(yù)實(shí)驗(yàn)：點(diǎn)擊窗

5、口中的(PhaseShiftingImageAutoGrab)，圖像采集過(guò)程進(jìn)入相移圖像自動(dòng)采集過(guò)程，同時(shí)顯示和選擇參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如下：l點(diǎn)擊ok可以得到一組相移條紋。l開始做實(shí)驗(yàn)。重復(fù)3和4。同時(shí)，讀出螺旋干的施加位移Δq值。l對(duì)于ESPI等步長(zhǎng)四步相移實(shí)驗(yàn)得到的相移散斑條紋圖，執(zhí)行Phaseshift/Equal4StepsPS可自動(dòng)計(jì)算出位相圖。計(jì)算出的位相圖會(huì)在自動(dòng)彈出的窗口中以灰度圖像顯示，因此可以直接存儲(chǔ)為BMP格式的灰度圖像。4一．實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析處理實(shí)驗(yàn)參數(shù)記錄及數(shù)據(jù)處理4幅相移散斑干涉圖離面位移梯度相位圖直徑線上相位梯度分布二．實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求確定直徑水平線上的離面

6、位移導(dǎo)數(shù)、離面位移分布。參考書：雷振坤.結(jié)構(gòu)分析數(shù)字光測(cè)力學(xué).大連理工大學(xué)出版社,2012.8.三．討論、建議、質(zhì)疑4