电子散斑干涉技术与其在无损检测中的分析与应用

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1、南京航空航天大学硕士学位论文注释表CCD电荷耦合器件λ激光的波长DSPI数字散斑干涉法θ照明光与物体表面法线的夹角Prism棱镜W物体变形的离面位移Polarizer偏振片U物体变形的面内位移Lens透镜I散斑场的光强Splitter分束镜τϕ()∆变形前后混合散斑场的线性相关系数vii承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以

2、明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1引言电子散斑干涉法(ESPI)采用CCD或TV摄像机采集相干散斑干涉场的光强信息，电子信号经过电子或数字处理后就以条纹图像的形式显示在图像监视器上。条纹可代表物体表面的振动模式、离面位移、面内位移、位移导数及物体形状的等值线，它们的获得依赖不同

3、的光路布置。电子散斑干涉法是一种测量光学粗糙表面位移或变形等物理量的干涉测量技术，并且被应用在无损检测(NDT)中，具有高精度、全场、实时测量等特点，有着重要的理论研究和实用价值。[1]电子散斑干涉无损检测技术是基于物体结构损伤处的外表面在静载荷或动载荷的作用下会产生非均匀的表面位移或变形，在有规则的干涉条纹中会出现明显的异状，如不连续、突变的形状变化和间距变化等；通过测算这些微小的变化，便可查明物体内部缺陷及其位置。与常规无损检测手段如射线、超声波、电磁、渗透和磁粉检测技术等相比，电子散斑干涉技术主要有以下优点：①测量信

4、息丰富，可实现实时处理，测量精度高，能达到激光的波长级别。②能进行全场检验，使用方便，检测效率高，适用于形状比较复杂的物体。③检测结果易于保存，电子散斑条纹图可以数字形式保存在存储介质中，便于后续处理分析。④采用相减模式处理干涉散斑条纹，消除了一般杂散光的影响，测试仪器可在较强的光照条件下工作，即使在太阳光下也可测量高温物体的损伤。由于电子散斑干涉方法具有上面的优点，它广泛应用于微变形测量、无损检测、应力应变分析，以及振动测量等领域，在科研、工业生产、国防建设等领域都有着广泛的应用前景。1.2电子散斑干涉检测技术的发展与应

5、用现状早在1914年散斑现象就被人们所发现，但一直未予以重视。由于散斑的存在影响了全息图质量，散斑开始作为一种噪声得到了系统的研究。大量的工作是试图如何克服消除散斑效应。直到1968年，Archbold等人首次将散斑技术应用在测量中。1970年Leenderz开创了一类以干[2]涉方法实现光学粗糙表面检测的方法，即散斑干涉计量。由于散斑干涉技术测量具有非接触，高精度和全场等优点，一直为人们所重视，尤其是被大量地应用于表面测量。由于散斑照相通常利用银盐干板做记录介质，不仅费时、费力，且操作过程复杂；再加上干涉条纹图的处理极其

6、费时，这就给干涉技术的推广带来了困难。为了适应快速和自动计量的要求，必须解决记录[3]方法和干涉条纹图自动处理等问题。1971年Butters和Leendertz首先应用光电子器件(摄像机)代替了全息干板记录散斑场的光强信息并存储在磁带上，由电视摄像机输入物体变形后的散斑1电子散斑干涉技术及其在无损检测中的研究与应用图通过电子处理的方法不断与磁带中变形前的散斑图进行比较处理，从而在监视器上观察到散[4]斑干涉条纹，这种方法就称为电子散斑干涉法。同年Macovski也发表了类似的文章。1974年[5]Pedesen等把硅靶摄

7、像管作为光电探测头应用在ESPI中，提高了ESPI系统对光的敏感度。[6]1976年Lokberg等把全息干涉术中的参考光位相调制技术引入电子散斑，使之能测量振动的位相分布。1977年Wykes讨论了电子散斑干涉法中的消相关效应，并提出了相应的改进措施。[7][8]1978年，Jones等利用双波长电子散斑干涉法测量了物体的轮廓。1981年Jones等系统地对电子散斑干涉中各种参数的选取和优化作了详细报道。几乎用了十年的时间，人们完成了对电子散斑技术的基本原理和它的性质的研究，提出了改善ESPI条纹质量的系统参数选取方法，

8、为以后的研究和应用打下了基础，并研制了商品化ESPI干涉仪。随后，Lokberg把脉冲激光用于电子散斑干涉。1987年，Wykes等使用小功率激光器和半导体激光器实现了电子散斑干涉术，从而使系统更加紧凑、实用。由于电子散斑干涉法(ESPI)采用CCD或TV摄像机采集相干散斑干涉场的光强信息，电子信号经过