实验3-3 剪切散斑干涉法指导书

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1、剪切电子散斑干涉术（ESSPI）测量物体离面位移导数(2学时，每次实验12人)一．实验目的l了解和掌握ESSPI测量物体离面位移导数的方法和技术；l学会用ESSPI测试周边固支圆板的离面位移导数。二．实验器材和装置试件为铝箔中心固支圆板。试验器材有：激光器、反射镜、分光镜、扩束镜、透镜、CCD、图象卡、计算机及软件。实验装置和光路如图1所示。图1电子剪切散斑干涉术光路图三．ESSPI的基本原理在剪切散斑照相机镜头前放置一个小角度的玻璃光楔，光线通过此玻璃光楔将产生偏折，在像平面上产生与光楔的楔角相同方向的两个剪切像，由激光形成的这两个像在像平面上相互干涉而形成散斑干涉条纹。对

2、于整个物体来说，在像平面上形成两个互相剪切的像，它们的波前分别为（2）（3）这里a表示光的振幅分布，Ф(x,y)和Ф(x+δx,y)分别表示为两个剪切像的相位分布，这样在像平面上两个像叠加结果为（4）则光强为，（5）当物体变形后，光波将产生一个相位的变化量Δfx，则变形后的光强为（6）4在剪切电子散斑干涉方法中，采用CCD摄像机进行记录并存入计算机中，采用电子散斑干涉相同的图像相减处理方法，即变形前后两幅散斑图相减，即等式（6）和等式（5）相减可得（7）这种相减方式排除了背景光强的影响，突出了由于变形引起的相位变化Δfx的结果。该低频条纹取决于物体变形引起的光波相位改变。当时

3、，=0，及出现暗条纹。由光波相位改变与物体变形的关系：其中位照明方向与观察方向的夹角，w是物体变形的离面位移，u是物体变形的面内方向位移。在照明角度较小的情况下，相位变化可简化为：当=2kπ（出现暗条纹）时，即，黑条纹处的离面位移导数是半波长的整数倍。一．不使用相移器的实验步骤l按图1摆好光路，不使用相移器。调整光路时要求物光光程和参考光光程近似相等；光强大致相等。并且要求挡住参考光时，物光的成像要清楚，得到的散斑场要均匀，不能有特别亮的地方。而且，所拍的图像要求包括一定的试件边缘。l打开采图软件，先后点击工具栏中CaptureImage和实时显示。l点击工具栏中Refere

4、nceSpeckleImage作为参考图象。l预实验。点击窗口中的RealTime按钮，旋转螺旋杆，施加一定压力，软件开始连续采集散斑图，并自动把每一幅散斑图都和第一幅进行相减处理，形成的条纹图显示在窗口中。要求形成清晰的条纹图。l开始做实验。重复3和4。开始施加压力时，当监测到一幅清晰的条纹图，再按钮固定条纹图。同时，读出螺旋干的施加位移Δq值。然后把条纹图保存起来（*.bmp文件）。4图2ESPI测量离面位移的软件操作窗口一．使用相移器的实验步骤l用前面的1-5步骤。l点击Power/PZTDriverPanel显示PZT相移器驱动面板选择接受计算机控制；l预实验：点击窗

5、口中的(PhaseShiftingImageAutoGrab)，图像采集过程进入相移图像自动采集过程，同时显示和选择参数设置对话框如下：l点击ok可以得到一组相移条纹。l开始做实验。重复3和4。同时，读出螺旋干的施加位移Δq值。l对于ESPI等步长四步相移实验得到的相移散斑条纹图，执行Phaseshift/Equal4StepsPS可自动计算出位相图。计算出的位相图会在自动弹出的窗口中以灰度图像显示，因此可以直接存储为BMP格式的灰度图像。4一．实验结果分析处理实验参数记录及数据处理4幅相移散斑干涉图离面位移梯度相位图直径线上相位梯度分布二．实验报告要求确定直径水平线上的离面

6、位移导数、离面位移分布。参考书：雷振坤.结构分析数字光测力学.大连理工大学出版社,2012.8.三．讨论、建议、质疑4