1、工程实验力学第12章云纹干涉法12.1概述12.2云纹干涉法的基本原理12.3云纹干涉法的实验技术12.4云纹干涉法在断裂测试方面的应用12.5云纹干涉法发展前景12.1概述由D.Post于1979年提出的云纹干涉法(Moir Interferometry)是在经典云纹法基础上发展起来的一种光测力学新方法。由于它是一种基于光干涉的方法，因此有很高的灵敏度，可达到波长量级的测试灵敏度，因此很适合应用于新材料和细观力学的研究。它继承了经典云纹法的简易性、全场性、实时性、条纹定域在表面及不受试件材料限制等优点，加之测量灵敏度高(可达0.25m)，条纹反差好，因而越来越受到实验力学工作者的重视。同时，
2、云纹干涉法综合了经典云纹法和全息干涉的概念和技术。尽管它的条纹形成机理和经典云纹的形成机理不同，但它们在一定的数学公式解释下可以统一起来。所以说云纹干涉法和经典云纹法均是同一个家族中的成员。云纹干涉法主要用于面内位移的测量，它可以给出透明及不透明物体的全场的位移信息，也可以用于应变场的测量。12.2云纹干涉法的基本原理12.2.1双光束干涉12.2.2光栅及其衍射方程12.2.3云纹干涉条纹的形成原理12.2.1双光束干涉图12-1双光束干涉12.2.1双光束干涉图12-2两列相干光波干涉时条纹间隔与方向及波长的关系12.2.2光栅及其衍射方程图12-3光栅12.2.2光栅及其衍射方程图12-
3、4光栅衍射级次与入射方向的关系12.2.3云纹干涉条纹的形成原理12.2.3云纹干涉条纹的形成原理图12-5云纹干涉法测面内位移原理图图12-6对径受压圆盘云纹干涉条纹图a)u场条纹图b)v场条纹图12.2.3云纹干涉条纹的形成原理12.3云纹干涉法的实验技术12.3.1光学系统12.3.2试件栅的制作12.3.3初始条纹的消除载波法12.3.4测取应变分量的机械错位及光学错位方法12.3.1光学系统1.试件栅频率与虚光栅频率相等2.试件栅频率等于虚光栅频率的1/23.其他的虚光栅系统1.试件栅频率与虚光栅频率相等图12-7试件栅和虚光栅栅距相等时云纹干涉法的基本光路a)非对称入射b)对称入射
4、1激光器2全反镜3半反镜4空间滤波器5透镜6试件7照相机2.试件栅频率等于虚光栅频率的1/2图12-8可同时得到u、v方向位移的云纹干涉光路3.其他的虚光栅系统图12-9所示是其他的可产生双光束干涉的系统，它们的共同特点是一束光入射，利用光栅或棱镜等分光元件形成虚光栅。12.3.2试件栅的制作1.光栅复制法2.直接制栅法3.试件栅频率的测定频率的测定1.光栅复制法图12-9其他的虚光栅系统1.光栅复制法图12-10光栅复制法2.直接制栅法直接制栅方法是把感光介质涂在试件表面，在试件表面上制全息光栅。它的制栅光路可以是图12-7图12-9中所示的任一个。试件表面所涂的感光介质可以是全息乳剂和光刻
5、胶，感光之后经过显影定影处理，就完成了试件栅的制备，这种方法周期短、成本低。还有其他方法直接制栅，如把全息软片贴在试件表面上，经加载前后两次曝光，把无畸变的栅和随物体变形而畸变的栅记录在软片上，然后把软片从试件上剥离，经显影定影，干涉云纹即在其上清晰可见，如图12-10所示。3.试件栅频率的测定频率的测定1)在高倍显微镜下观测。2)用一般物理实验室所具备的分光仪来测量某一光谱的衍射角，然后利用光栅方程计算光栅常数。12.3.3初始条纹的消除载波法图12-11高通光学滤波光路12.3.4测取应变分量的机械错位及光学错位方法图12-12机械错位法的位移导数12.3.4测取应变分量的机械错位及光学错
6、位方法图12-13光学错位法得到的与/y和/x有关的条纹图a)三点弯曲梁b)u场的云纹干涉条纹c)v场的云纹干涉条纹d)与/y有关的光学错位条纹e)与/x有关的光学错位条纹12.4云纹干涉法在断裂测试方面的应用12.4.1SIF测试技术12.4.2裂纹张开位移(COD)的测定12.4.1SIF测试技术图12-14通过裂纹尖端位移场求应力强度因子a)中心穿透裂纹单向拉伸板v场条纹图b)裂纹尖端坐标系12.4.2裂纹张开位移(COD)的测定图12-15裂纹尖端张开位移的测试12.5云纹干涉法发展前景云纹干涉法是一个全场位移的光学方法，可用于透明及不透明物体面内位移测量。它也可以测取物体的应变场。它的灵敏度一般为0.4171.04m，即每级条纹代表0.4171.0m的位移量。灵敏度的最高限已有人做到0.25m，实际上我们还可以分辨判定1/5级条纹，那么对于条纹图的分析，我们可以用内插法来很容易地确定0.08m的位移量。由于云纹干涉法的全场性、实时性、非接触性等特点，使它具有广阔的应用前景。如在动态位移测量方面，云纹干涉法还有很大潜力，尤其是在动断裂问题的研究上，极有可能成为非常有效的测试手段之一。目前动态云纹干涉法的研究仅仅是开始，但它是一个令人感兴趣的研究领域。
