1、工程实验力学第11章激光散斑干涉法11.1激光散斑的物理性质11.2单光束散斑干涉法11.3双光束散斑干涉法11.4剪切散斑干涉术11.5电子散斑干涉术11.1激光散斑的物理性质1)斑的横向尺寸为：无透镜散斑，也称客观散斑，在夫浪和费衍射区1.2Z/D；透镜成像时，也称主观散斑，斑的横向尺寸为：横=1.2FZ。2)空间散斑的形状为雪茄形，其纵向尺寸为：纵=5Z2/D2，这里指的是最大长度。11.1激光散斑的物理性质图11-1激光照射漫反射表面形成的散斑场11.2单光束散斑干涉法11.2.1单光束双曝光散斑图的记录11.2.2单光束双曝光散斑图分析11.2.1单光束双曝光散斑图的记录图11-2单
2、光束双曝光散斑图的记录a)客观散斑b)主观散斑11.2.2单光束双曝光散斑图分析1.逐点分析法2.全场分析法1.逐点分析法图11-3逐点分析法光路图1.逐点分析法图11-4双曝光散斑图中的准平移区内的孔对和屏幕衍射光强分布a)孔对示意图b)衍射晕内的杨氏条纹1.逐点分析法图11-5圆盘面内旋转双曝光散斑图对应的各点的杨氏条纹图样2.全场分析法图11-6傅里叶变换光路2.全场分析法图11-7杨氏双孔衍射的原理图2.全场分析法图11-8焦平面上的点与散斑图上的点的衍射方向的关系2.全场分析法图11-9双曝光散斑图全场分析法条纹图像a)u场b)v场11.3双光束散斑干涉法11.3.1双光束散斑图的记
3、录11.3.2双光束散斑图的面内位移信息的提取11.3.1双光束散斑图的记录图11-10双光束散斑图的记录a)测量面内位移b)测量离面位移11.3.2双光束散斑图的面内位移信息的提取图11-11双光束散斑图相位变化与位移的关系11.3.2双光束散斑图的面内位移信息的提取图11-12提取位移信息的高通滤波光路11.3.2双光束散斑图的面内位移信息的提取图11-13用双光束散斑法得到的面内位移和离面位移条纹图a)悬臂梁受集中载荷u场条纹b)周边固支板受集中载荷w场条纹11.4剪切散斑干涉术11.4.1剪切散斑图的记录11.4.2剪切散斑的条纹形成与分析11.4.3条纹的解释11.4.1剪切散斑图的
4、记录图11-14剪切散斑图记录光路11.4.2剪切散斑的条纹形成与分析剪切散斑的记录过程与单光束散斑照相一样，分别在物体未变形和变形以后，对物体进行曝光，记录在同一张底板上，进行显、定影处理，即可得到一张剪切散斑照片，将照片放到傅里叶分析光路中去，挡去谱平面上的直流分量，即可看到清晰的条纹。11.4.3条纹的解释图11-15剪切散斑变形与位相的关系11.4.3条纹的解释图11-16固支矩形板受中心集中载荷下水平剪切方向的条纹图11.4.3条纹的解释图11-17用剪切散斑得到的与内部缺陷有关的条纹11.5电子散斑干涉术11.5.1简介11.5.2电子散斑干涉术11.5.3电子剪切散斑干涉术11.
5、5.4可调实时时间差ESSPI技术及其改进11.5.1简介随着电视、摄像、计算机等电子技术的发展，人们很自然地想到如何将其应用到全息和散斑干涉条纹的记录与处理上。电子散斑干涉技术(ESPI)是发展最早的计算机辅助光学测量方法。1971年英国科学家J.A.Leenderts、J.N.Butters和美国的A.Makoviski同时采用电视摄像管替代全息照相干版记录散斑图，一个相减器和滤波器用来处理摄像管记录的电子信号，从而得到表示物体位移、变形的干涉条纹。随着电子技术、计算机技术的飞速发展，现在已经发展到数字散斑阶段，这项技术越来越得到重视，各种方便、实用的电子散斑干涉仪被研制成功，并得到了广泛
6、的应用，已成为计算机辅助光学测量的一个重要方面。该技术不仅可以完成表面变形量的测量，并且由于它具有实时性、高灵敏度性、非接触性、全场测量等特点，在工业无损检测上得到了广泛应用。11.5.2电子散斑干涉术图11-18测量面内位移的电子散斑系统a)利用全反镜得到双光束照明的光路b)对称光路11.5.2电子散斑干涉术图11-19测量离面位移的电子散斑系统光路11.5.3电子剪切散斑干涉术图11-20电子剪切散斑的光路系统11.5.4可调实时时间差ESSPI技术及其改进图11-21可调实时时间差ESSPI系统11.5.4可调实时时间差ESSPI技术及其改进图11-22电子剪切散斑的实时时间差技术a)t
7、=50msb)t=100msc)t=200msd)t=500ms11.5.4可调实时时间差ESSPI技术及其改进图11-23实时扫描得到全场的图像a)同时显示多个缺陷b)对局部缺陷放大观测附录：傅里叶光学有关公式介绍一、傅里叶变换二、卷积一、傅里叶变换1.定义2.几个重要定理3.在物理光学中的傅里叶变换式的应用及物理意义1.定义我们用Fg表示含两个自变量x和y的一个复函数g的傅里叶变换式(也叫傅里叶谱或频谱)，它由下式定义G(fx,fy)=Fg=-g(x,y)exp-j2(fxx+fyy)dxdy (11-28a)这样定义的变换式本身也是两个自变量fx和fy的复函数。fx和fy一般称为频率。相
8、仿地，函数G(fx,fy)的逆傅里叶变换可用F-1G表示，其定义为g(x,y)=F-1G=-G(fx,fy)expj2(fxx+fyy)dfxdfy (11-28b)2.几个重要定理1)线性定理：两个函数之和的傅里叶变换简单地是它们各自变换之和2)相移定理：函数在物平面上的一个位移，带来谱平面上的一个线性相位的变化。3)傅里叶积分定理：对函数相应地进行变换和逆变换又得到原函数3.在物理光学中的傅里叶变换式的应用及物理意义1)不同孔径的夫浪合费衍射图样，是孔径函数P的傅里叶变换。2)薄透镜的傅里叶变换性质。3.在物理光学中的傅里叶变换式的应用及物理意义图11-24特定频率的基元函数与特定方向平面
9、波的关系2)薄透镜的傅里叶变换性质。图11-25标准的傅里叶变换光路二、卷积1.定义2.用卷积计算成像3.传递函数4.卷积定理1.定义2.用卷积计算成像图11-26卷积运算2.用卷积计算成像图11-27卷积成像计算3.传递函数对于线性空间不变系统，有：当一个点光源在物场中移动时，若点光源的像只改变位置而不改变它的函数形式，则此成像系统是空间不变的。对于线性空间不变系统，若h(x,y)为系统的脉冲响应，并且其光学传递函数为Fh(x,y)=H(fx,fr)(11-36)输入函数g1(x1,y1)和输出函数g2(x2,y2)有以下关系g2(x2,y2)=-g1(x1,y1)h(x2-x1,y2-y1)dx1dx2=g1 h (11-37)4.卷积定理设系统输出和输入的频谱为G2(fx,fy)，G1(fx,fy)，则有G2(fx,fy)=H(fx,fy)G1(fx,fy)(11-38)
