电子散斑干涉实验讲义
（电子散斑干涉术测离面位移）
1．引言
电子散斑干涉术（ESPI）测离面位移具有实时、灵敏、全场测量等特点，在变形场测量、振型测量及工业无损检测方面具有广泛的应用。
2．实验目的
了解电子散斑干涉原理、掌握干涉光路及图像处理软件。对力学专业学生还可与板的理论分析进行验证。
3．基本原理
图1是常用的均匀参考光光路图，它将分光镜B1分出的一小部分激光经扩束后照射到另一块半透半反镜而与物体漫射光相汇合而形成干涉，前者是参考光，后者是物光。
B 分光镜M:反射镜
L1:扩束镜 L2: 成像透镜
图 1。电子散斑干涉术（ESPI ）光路图
物光的光强分布为：
)(ex p )()(r r u r U o o o Φ= (1)
其中)(0r u 是光波的振幅，)(0r Φ是经物体漫射后的物体光波的相位。
参考光的光强分布为：
)(ex p )()(r r u r U R R R Φ= (2)
物光与参考光在CCD 靶面上汇合形成光强)(r I 为：
)cos(2)(22R o R o R o u u u u r I φφ-++= (3)
当被测物体发生变形后，表面各点的散斑场振幅)(r u o 基本不变，而位相)(r o φ将改变为)()(r r o φφ?-，即
[])()(ex p )('r r r u U o o O φφ?-= (4)
其中ΔФ（r ）为由于物体变形产生的相位变化。
变形前后的参考光波维持不变。这样，变形后的合成光强)('r I 为：
[])(cos 2)(22'r u u u u r I R o R o R o φφφ?--++= (5)
对变形前后的两个光强进行相减处理：
)()('r I r I I -=
＝[][]
)cos(2)(cos 22222R o R o R o R o R o R o u u u u r u u u u φφφφφ-++-?--++ ＝2)(sin 2)()(sin 4r r u u R o R o ??φφ??????
??-- (6)
由式(6)可见，相减处理后的光强是一个包含有高频载波项
?????
??--2)()(sin r R o ?φφ的低频条纹2)(sin r ??。该低频条纹取决于物体变形引起的光波相位改变。
这个光波相位变化与物体变形关系从光波传播的理论可以推导出来，即有： []θθλπ
φsin )cos 1(221d d ++=? (7)
其中λ是所用激光波长，θ是照明光与物体表面法线的夹角，1d 是物体变形的离面位移，2d 是物体变形的面内方向位移。
为了使光路对离面位移敏感，应该使照明角θ比较小，即0sin ,1cos ≈≈θθ，则由（7）式可以得到：
14d λπ
φ=? (8)
有(6)式可知，在暗条纹处，
πφk 2=? (9) 由(8)式和（9）式可得到：
2
1λk d = （10） 即暗条纹处的离面位移是半波长的整数倍。
4. 仪器用具
（参见附表）
5． 实验内容
1. 摆好光路
2. 测量参考光光程与物光光程，如果这两个光程不等，可以适当移动实验物体或相关的光学元件位置，使这两个光程大致相等。
3. 屏蔽住参考光，调节镜头焦距和光圈，使物体能够清晰成像。
4. 比较参考光与物光光强，通常情况下，参考光光强较强，需要调节光衰减器（变密度盘），使参考光与物光光强大致相等。
5. 使圆形压力盒产生离面位移，然后通过软件实时观测条纹的产生情况。
存取条纹图并同时记录气压大小，计算受力与离面变形关系并验证板的变形公式。
6. 将变形物换成刚性推板，可通过推动千分丝杆，使推板前倾，产生离面位移，观测条纹，可计算位移量并通过丝杆度读数计算验证。
6. 附录
周边固支圆板离面变形挠度w 与载荷q 关系：
D
r a q W 64)(2
22-?=
)
1(1223
μ-=Et D
342max 16)1(3Et
q a W ?-=μ
其中Δq 为压力差，E,μ为材料的弹性模量和泊桑比，a 是板的半径，r 为测量点离圆板中心距离，t 是板的厚度。
高频电子线路课程设计指导书 赵海涛逄明祥孙绪保王立奎 山东科技大学信息与电气工程学院
目录 第一章概述3 1.1 何谓课程设计 3 1.2 课程设计的目的要求 4 1.3 课程设计的主要步骤 4 第二章线路板的组装与调试6 2.1 元器件的识别与应用 6 2.2 焊接技术9 2.3 调试技术9 第三章高频电路课程设计14课题一小型等幅(调幅)发射机的设计与制作14 课题二高频信号发生器的设计与制作22 附录：常用阻容元件性能与规格32
第一章概述 在高等学校课程设计是一个重要的教学环节，它与实验、生产实习、毕业设计构成实践性教学体系。由此规定了课程设计的三个性质：一是教学性，学生在教师指导下针对某一门课程学习工程设计；二是实践性，课程设计包括电路设计、印刷板设计、电路的组装和调试等实践内容；三是群众性或主动性，课程设计以学生为主体，要求人人动手，教师只起引导作用，主要任务由学生独立完成，学生的主观能动性对课程设计的完成起决定性作用。学生较强的动手能力就是依靠实践性教学体系来培养的。 1.1 何谓课程设计 所谓课程设计就是大型实验，是具有独立制作和调试的设计性实验，其基本属性体现在工程设计上。但课程设计毕竟不同于一般实验。 首先是时间和规模不同，一般实验只有两学时，充其量为四学时；而课程设计一般为一～两周。实验所要达到的目的较小。通常只是为了验证某一种理论、掌握某一种参数的测量方法、学习某一种仪器的使用方法等等；而课程没计则是涉及一门课程甚至几门课程的综合运用，所以课程设计是大型的。 其次，完成任务的独立性不同，一般实验学生采用教师事先安排好的实验板和仪器，实验指导书上详细地介绍了做什么和如何做，实验时还有教师现场指导，学生主要任务是搭接电路，用仪器观察现象和读取数据，因此实验是比较容易完成的；而课程设计不同，课程设计只给出所要设计的部件或整机的性能参数，由学生自己去设计电路、设计和制作印刷电路板，然后焊接和调试电路，以达到性能要求。 课程设计和毕业设计性质非常接近，毕业设计是系统的工程设计实践，
散斑干涉实验 光信息科学与技术08级3班 组别：B17 一、实验目的 1、了解散斑的性质及特点。 2、掌握散斑和离面散斑的测试方法。 二、实验原理 1、散斑的形成 当相干光照射一个粗糙物体的表面（或通过透明的粗糙面）时，在物体表 面前的空间，可得到一种无规律分布且明暗相间的颗粒状光斑，称为散斑。要 形成散斑且散斑质量较好必须具备以下条件： （1）有能发生散射光的粗糙表面； （2）粗糙表面深度须大于入射光波长； （3）入射光线的相干度要足够高，如使用激光。 图1、散斑图像 散斑携带了散射面的丰富信息，可以通过散斑的性质来推测物体表面的性质。由于这种办法的无损、快速等诸多优点，它被广泛应用于工业控制的缺陷检测、医学的光活检等领域，且受到越来越多的关注 2、散斑的大小 散斑颗粒的大小，可用它的平均直径来表示，颗粒尺寸的严格定义是两相邻亮斑间距离的统计平均值。此值由产生散斑的激光波长及粗糙表面圆型照明区域对该散斑的孔径角' u 决定： 散斑平均半径=表示： ='0.6/M*sin u 0.6/M*NA λλ= （3） 3、散斑的光强分布 正常散斑图是杂乱无章的随机散斑图，其强度分布为负指数概率密度函数。概率最大的 强度趋于零，即黑散斑比其他强度的散斑都多。
万方数据
图１是剪切散斑的光路图 Ｌ：扩束镜；Ｍ：反射镜；Ｗ：Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ棱镜；Ｐ：偏振镜。楔块的楔角为ａ，肛是折射率，在像平面上被测量物体的剪切量： 觑’＝Ｄｌ（肛一１）口 同样地，如折合到物体表面的剪切量为 ｎ 既＝甄７ｉｓ．－－０＝Ｄｏ（ｐ—１）口（１） 工，ｌ 其中Ｄ。和Ｄ。分别为透镜到物体表面和到成像平面的距离。这里假设楔块的楔角是沿ｘ方向。图２为剪切散斑记录光路。同样，如楔块的楔角是沿Ｙ方向的则剪切也是沿，，方向。 图２剪切散斑记录光路 对于整个物体来说，在像平面上形成了两个互相剪切的像，它们的波前分别为： Ｕ（Ｘ，ｙ）＝ｏｔｅｘｐ［Ｏ（ｘ，，，）］（２） Ｕ（菇＋舐，Ｙ）＝ａｅｘｐ［ｏ（ｘ＋舐，Ｙ）］（３） 这里ａ表示光的振幅分布，ｐ（菇，，，）和ｐ（ｚ＋缸，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： Ｕｒ＝ｒｅ（茗，Ｙ）＝ｔｙ（菇＋舐，ｙ）（４） 其光强则为： ，＝ＵｒＵｒ‘＝２ａ２［１＋ｃｏｓ∥＿］ｒ］ ∥ｘ＝秒（菇＋融，），）一日（茁，，，）（５） 当物体变形后，光波将形成一个相位的相应变化△∥。变形后的光强将变为： ，’＝２ａ２［１＋１３０８（∥ｘ＋△∥ｊ）］（６） 在剪切电子散斑干涉中，采用光电子元件（通常ＣＣＤ摄像机）进行记录并直接输入计算机。它采用与电子散斑干涉法相同的信息表征模式，即用变形前后两幅散斑图像相减，其合成的记录光强为式（５）和现代科学仪器２００８１（６）相减： Ｉｒ＝Ｉ，７（ｒ）一，（ｒ）Ｉ ＝｜４Ⅱ２ｓｉｎｈ学】ｓｉｎ学Ｉ（７）这种相减方式把本底光强或背景光强去除，而突 出了由于变形引起的相位变化△矽。的结果。当△勿。＝２ｎｏｒ＋儡ｒ／２，其中，ｌ＝０，４－１，４－２…时，，，为极大值，即为亮条纹，从（７）可以看出，通过计算机可以很快地、直接地获得表示物体位移导数的条纹图。但是由于其存在的高频散斑的调制，图像质量较差，所以，必须采用滤波以及相位处理的方法进一步处理。 ３实验设备 我们实验所采用的剪切电子散斑干涉仪是由同济大学与上海７１ｌ研究所联合研制的。剪切电子散斑干涉大多使用剪切棱镜，棱镜是由两个直角棱镜组成，当一束光垂直人射到棱镜表面上时，在后表面形成两束互相分开的，振动方向互相垂直的平面偏振光。这两束光互为参考光和物光而干涉，但其振动方向互相垂直，所以需要在棱镜后加一块偏振片，使其振动方向相同。图３为ＥＳＳＰＩ的内部构造，图４为整套设备。它的优点在于光路布置简单，两束相干光波强度基本相等，因而可达到等光强的要求。： 图３仪器内部构造 图４整套设备 万方数据
实验名称：高频小信号放大器 系别：计算机系年级：2015 专业：电子信息工程 班级：学号： 姓名： 成绩： 任课教师： 2015年月日
实验一高频小信号放大器 一、实验目的 1、掌握小信号调谐放大器的基本工作原理； 2、掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算； 3、了解高频小信号放大器动态围的测试方法； 二、主要仪器设备 在计算机上用仿真软件模拟现实的效果, 通过采用仿真技术，虚拟构建一个直观、可视化的2D、3D 实验环境，从而达到对实验现象和实验结果的虚拟仿真以及对现实实验的操作，为处于不同时间、空间的实验者提供虚拟仿真的实验环境，使学习者仿佛置身其中，对仪器、设备、容等实验项目进行互动操作和练习。 二、实验原理 二、实验步骤
1、绘制电路 利用Mulisim软件绘制如图1-1所示的单调谐高频小信号实验电路。 图1－1 单调谐高频小信号实验电路 2、用示波器观察输入和输出波形； 输入波形：
输出波形： 3、利用软件中的波特测试仪观察通频带。
5．实验数据处理与分析 根据电路中选频网络参数值，计算该电路的谐振频率ωp ； s rad CL w p /936.210 58010 2001 16 12 =???= = -- 通过仿真，观察示波器中的输入输出波形，计算电压增益A v0。 ,708.356uV V I = ,544.1mV V O = === 357 .0544 .10I O v V V A 4.325 4、改变信号源的频率（信号源幅值不变），通过示波器或着万用表测量输出电压的有效值，计算出输出电压的振幅值，完成下列表，并汇出f~A v 相应的图，根据图粗略计算出通频带。 f 0(KHz ) 65 75 165 265 365 465 1065 1665 226 5 2865 3465 4065 U 0 (mv) 0.97 7 1.064 1.39 2 1.48 3 1.528 1.54 8 1.45 7 1.28 2 1.09 5 0479 0.84 0 0.74 7 A V 2.73 6 2.974 3.89 9 4.154 4.280 4.33 6 4.08 1 3.59 1 3.06 7 1.34 1 2.35 2 2.09 2 （5）在电路的输入端加入谐振频率的2、4、6次谐波，通过示波器观察图形，体会该电路的选频作用。
高频电子线路实验 说明书
实验要求(电信111班) l.实验前必须充分预习,完成指定的预习任务。预习要求如下： 1)认真阅读实验指导书,分析、掌握实验电路的工作原理,并进行必要的估算。 2)完成各实验“预习要求”中指定的内容。 3)熟悉实验任务。 4)复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。 2.使用仪器和学习机前必须了解其性能、操作方法及注意事项,在使用时应严格遵守。 3.实验时接线要认真,相互仔细检查,确定无误才能接通电源,初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。 4.高频电路实验注意： 1)将实验板插入主机插座后,即已接通地线,但实验板所需的正负电源则要另外使用导线进行连接。 2)由于高频电路频率较高,分布参数及相互感应的影响较大。因此在接线时连接线要尽可能短。接地点必须接触良好。以减少干扰。 3)做放大器实验时如发现波形削顶失真甚至变成方波,应检查工作点设置是否正确,或输入信号是否过大。
5.实验时应注意观察,若发现有破坏性异常现象(例如有元件冒烟、发烫或有异味)应即关断电源,保持现场,报告指导教师。找出原因、排除故障,经指导教师同意再继续实验。 6.实验过程中需要改接线时,应关断电源后才能拆、接线。 7.实验过程中应仔细观察实验现象,认真记录实验结果(数据、波形、现象)。所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。 8.实验结束后,必须关断电源、拔出电源插头,并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。 9.实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。 实验一调谐放大器 一、实验目的
1、熟悉电子元器件和高频电路实验箱。 2、熟悉谐振回路的幅频特性分析一通频带与选择性。 3、熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响，从而了解频带扩展。 4、熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。 二、实验仪器 1、双踪示波器 2、扫频仪 3、高频信号发生器 4、毫伏表 5、万用表 6、实验板1 三、预习要求 1、复习谐振回路的工作原理。 2、了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间关系。 3、实验电路中，若电感量L＝1uh，回路总电容C＝220pf （分布电容包括在内），计算回路中心频率 f 0 。图1-1 单调谐回路谐振放大器原理图 四、实验内容及步骤 （一）单调谐回路谐振放大器
《通信电子电路实验》实验讲义 2012修正 高频电路实验代前言 本实验讲义是为配合清华大学TPE—GP2型高频电路实验学习机专门编写的。多年前，学校电子技术实验室购买了几十台TPE—GP2学习机供学生做高频实验，但是，始终没有与之配套的实验讲义。结合我校实验室现有实验条件和实验教学时间的需要，特地编写《高频电子线路实验讲义09版》。 实验一高频小信号调谐放大器（实验版G1）、实验二高频谐振功率放大器（实验版G2）是一类、实验三LC振荡和石英晶体振荡（实验版G1）都是单独实验；实验四振幅调制与解调（实验版G3）、实验五变容二极管调频振荡器（G4）、实验六集成电路压控振荡器构成的频率调制与解调（实验版G5），都是含有调制解调内容，是复合实验。这样的实验安排涵盖了高频电路教学的主要内容。本学期（2012秋）新购入扫频仪，所以再次修订实验讲义。 在此，特别感谢06、07、08、09级电子信息科学与技术专业学生。正是通过他们的使用，使本教材得到不断改进与完善。 TPE—GP2型高频电路实验学习机说明 1．技术性能 1．1电源：输入AC220V； 输出DCV+5V、-5V、+12V、-12V，最大输出电流200mA 1．2信号源：（函数信号发生器） 输出波形：有方波、三角波、正弦波 幅值：正弦波V P-P ：0~14V（14V为峰—峰值，且正负对称） 方波V P-P ：0~24V（24V为峰—峰值，且正负对称） 三角波V P-P ：0~24V（24V为峰—峰值，且正负对称） 频率范围：分四档2~20Hz、20~200Hz、200~2KHz、2K~20KHz 1．3电路实验板：备有五块实验板，可完成11项高频电路实验。 2．使用方法 1．1将标有220V的电源线插入市电插座，接通开关，电源指示灯亮。 1．2使用实验专用电导线进行连线。 1．3实验时先阅读实验指导书，然后按照实验电路接好连线，检查无误后再接通主电源。 特别注意：电源极性不可以接反。
实验三幅度调制(AM, DSB) 一. 实验目的 1. 掌握AM, DSB 调制的原理与性质; 2. 掌握模拟乘法器的工作原理及其调整方法; 二. 实验内容 1. 产生并观察AM, DSB 的波形; 2. 观察DSB 波和过调幅时的反相现象. 三. 实验仪器 1. 数字存储示波器1 台; 2. 信号发生器1 台; 导线2根. 四. 实验原理 实验原理图如图17－1所示. 图3－1 模拟乘法器调幅实验原理图 调制信号从TP2输入, 载波从TP1输入. 合理设置调制信号与载波信号的幅度以及乘法器的静态偏置电压(调节W1), 可在TT1处观察普通调幅波(AM) 和抑制载波双边带调幅波(DSB). 五. 实验步骤 1. 连接实验电路 在主板上正确插好幅度调制与解调模块, 开关K1. K2. K8. K9. K10. K11向左拨, 主板GND 接模块GND, 主板＋12V 接模块＋12V, 主板－12V 接模块－12V, 检查连线正确无误后, 打开实验箱右侧的船形开关, K1. K2 向右拨. 若正确连接, 则模块上的电源指示灯LED1. LED2 亮. 2. 产生并观察AM 波和DSB 波 (1) 输入调制信号V? 调制信号V?由信号发生器CH1通道产生. 频率1kHz, 峰峰值200mVpp, 正弦. 调制信号V?接到"幅度调制与解调模块" 的TP2. (2) 输入载波信号V i 载波信号V i由信号发生器CH2通道产生. 频率20kHz, 峰峰值400mVpp, 正弦. 载波信号V i. 接到"幅度调制与解调模块" 的TP1. (3) 产生并观察记录AM 信号, DSB 信号, 过调幅信号. ①示波器探头1选择衰减悉数为X1, 接到"幅度调制与解调模块" TP2 观察调制信号的波形. ②示波器探头2选择衰减悉数为X1, 接到"幅度调制与解调模块" TT1 观察乘法器的输出信号. 调节W1 , 改变调制信号中直流分量的数值, 可以观察到不同调制度的AM 信号, 如图3－2 所示.
实验一小信号调谐放大器 一、实验目的 1.熟悉电子元器件和高频电路实验箱。 2.熟悉谐振回路的幅频特性分析--通频带与选择性。 3.熟悉信号源内阻及负载对谐振回路的影响，从而了解频带扩展。 4.熟悉和了解放大器的动态范围及其测试方法。 二、预习要求 1.复习谐振回路的工作原理。 2.了解谐振放大器的电压放大倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间关系。 3.实验电路中, 若电感量 L=1μH，回路总电容C=220pf (分布电容包括在内),计算回路中心频率f0 三、实验仪器设备 1.双踪示波器 2.扫频仪 3.高频信号发生器 4.高频毫伏表 5.万用表 6.实验板 四、实验内容及步骤 1.实验电路见图1-1 (1)按图1-1所示连接电路 （注意接线前先测量+12V电源电压，无误后关断电源再接线）。 图1-1 单调谐回路谐振放大器原理图 (2)接线后仔细检查，确认无误后接通电源。 2.静态测量 实验电路中选R e=1K 测量各静态工作点，计算并填表1.1 V B，V E是三极管的基极和发射极对地电压。 3.动态研究 (1). 测放大器的动态范围Vi～V0(在谐振点) 选R=10K，R e=1K。把高频信号发生器接到电路输入端，电路输出端接高频毫伏表，选择正常放大区的输 入电压Vi，调节频率f使其为10.7MHz，调节C T使回路谐振，使输出电压幅度为最大。此时调节V i由0.02 伏变到0.8伏，逐点记录V0电压，并填入表1.2(仅供参考)。V i的各点测量值可根据(各自)实测情况来确定。 (2).当R e分别为500Ω、2K时，重复上述过程，将结果填入表1.2。在同一坐标纸上画出I C不同时的动态范围曲线，并进行比较和分析。
数字散斑干涉法测量横梁的面内位移 摘要：运用数字散斑干涉法研究横梁的面内位移。数字散斑计量采用CCD记录数字散斑图，因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。数字散斑计量除了可以采用相加模式外，还可以采用相减模式。采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。 关键词：数字散斑干涉法，面内位移，散斑图。 20世纪70年代采用光电子器件（摄像机）代替全息地底片记录散斑图并存储在磁带上，由摄像机输入的物体变形后的散斑图通过电子处理方法不断与磁带中存储的物体变形前的散斑图进行比较后显示器上显示散斑干涉条纹，这种方法称为电子散斑干涉法。 进入20世纪80年代，随着计算机技术、电荷耦和器件和数字图像处理技术的快速发展，散斑计量技术进入了数字化时代，出现了数字散斑干涉法。数字散斑干涉法把物体变形前后的散斑图通过采样和量化变成数字图像，通过数字图像处理再现干涉条纹或相位分布。目前，数字散斑干涉已经取代了电子散斑干涉法。 另外，随着计算机技术，光电子技术与图像处理技术的发展，出现了数字散斑相关技术。同时，基于散斑计量技术，还出现了粒子图像测速技术。数字散斑计量的基本原理与传统散斑计量（也称为光学散斑计量）相同，差别主要表现在传统散斑计量由于采用全息底片记录散斑图，因此需要进行显影和定影等冲洗过程。另外，传统散斑计量只能采用相加模式，因此必须进行滤波处理，以便消除直流分量从而显现干涉条纹。而数字散斑计量由于采用CCD 记录数字散斑图，因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。另外通过CCD记录的物体变形前后的数字散斑图可以存储咋同一帧存中，也可以存储在不同的帧存中，因此数字散斑计量除了可以采用相加模式，还可以采用相减模式或相关模式。采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。 目前该技术可进行变形、振型、形状、温度分布和无损检测等方面的测量，建筑物现场监测、复合材料的无损检测、焊缝质量检测、表面粗糙度检测等方面的研究都有过详细的报道。总之，该技术在航空航天、轮机工程、土木电子及生物医学等领域的测试中有非常重要的地位。 1、实验目的 采用数字散斑干涉技术和相移干涉技术测量物体的残余变形分布，通过相位解展开技术获取残余变形场的连续相位分布。加深对散斑干涉的感性认识，学会使用数字散斑计量技术对散斑干涉进行分析以及位移的计算。 2、实验设备和器具
第3章剪切散斑干涉技术 3.1 剪切散斑干涉技术的概念 剪切散斑干涉技术（Shearography）因其快速准确的检测能力在航空航天领域得到广泛认可，它与红外热成像检测技术（Thermography）一样，都是一种高效率的无接触无损检测技术，可以用于进行大面积的检测，在检测同时可以提供被测构件的完整图像的即时成像功能。与Thermography 不同的是Shearography 是一种光学传感技术，它利用激光照射在构件身上产生的散斑，对构件的表面破损、变形进行全面检测，所以它也是一种散斑干涉测量技术。 Shearography源自1971年诺贝尔物理学奖得主Dennis Gabor发明的全息干涉技术（Holography），可以说Shearography属于Holography系列，是Holography的一个简化版本。 由于Holography需要在宁静、避震的环境下才能发挥出功效，香港大学机械工程学系教授洪友仁于1980年将Holography改良，于是发明了Shearography，之后便将其应用于检测汽车轮胎上，不久洛杉矶发生飞机爆胎意外，FAA开始强制要求所有航空公司必须用Shearography检测飞机轮胎，自此之后，因轮胎问题而引起的飞机意外很少有发生。 近年来美国LTI（Laser Technology Inc.）公司开始将Shearography用于飞机无损检测。他们开发出基于Shearography的标准无损检测系统，可以用来检测部件的分层、脱胶、裂纹、空隙、冲击损伤、损坏的修补部位以及任何对结构完整性造成影响的缺陷。它可以应用于许多不同材料的检测，包括碾压材料，复合材料，蜂窝结构以及泡沫材料等，尤其对蜂窝结构的检测得心应手。 Shearography起初只作为一种生产工具应用于B-2隐形轰炸机计划，经过几年的评估，它的适用性和灵敏度得到证明后，航空宇航部件生产线便全线装备这套系统，目前NASA正使用它为航天飞机、Delta IV以及X-33实验机服务。
高频电子线路Matlab 仿真实验要求 1. 仿真题目 （1） 线性频谱搬移电路仿真 根据线性频谱搬移原理，仿真普通调幅波。 基本要求：载波频率为8kHz ，调制信号频率为400Hz ，调幅度为0.3；画出调制信号、载波信号、已调信号波形，以及对应的频谱图。 扩展要求1：根据你的学号更改相应参数和代码完成仿真上述仿真；载波频率改为学号的后5位，调制信号改为学号后3位，调幅度设为最后1位/10。（学号中为0的全部替换为1，例如学号2010101014，则载波为11114Hz ，调制信号频率为114，调幅度为0.4）。 扩展要求2：根据扩展要求1的条件，仿真设计相应滤波器，并获取DSB-SC 和SSB 的信号和频谱。 （2） 调频信号仿真 根据调频原理，仿真调频波。 基本要求：载波频率为30KHz ，调制信号为1KHz ，调频灵敏度32310f k π=??，仿真调制信号，瞬时角频率，瞬时相位偏移的波形。 扩展要求：调制信号改为1KHz 的方波，其它条件不变，完成上述仿真。 2. 说明 （1） 仿真的基本要求每位同学都要完成，并且记入实验基本成绩。 （2） 扩展要求可以选择完成。
1.0 >> ma = 0.3; >> omega_c = 2 * pi * 8000; >> omega = 2 * pi * 400; >> t = 0 : 5 / 400 / 1000 : 5 / 400; >> u_cm = 1; >> fc = cos(omega_c * t); >> fa = cos(omega * t); >> u_am = u_cm * (1 + fa).* fc; >> U_c =fft(fc,1024); >> U_o =fft(fa,1024); >> U_am =fft(u_am, 1024); >> figure(1); >> subplot(321);plot(t, fa, 'k');title('调制信号');grid;axis([0 2/400 -1.5 1.5]); >> subplot(323);plot(t, fc, 'k');title('高频载波');grid;axis([0 2/400 -1.5 1.5]); >> subplot(325);plot(t, u_am, 'k');title('已调信号');grid;axis([0 2/400 -3 3]); >> fs = 5000; >> w1 = (0:511)/512*(fs/2)/1000; >> subplot(322);plot(w1, abs([U_am(1:512)']),'k');title('调制信号频谱');grid;axis([0 0.7 0 500]); >> subplot(324);plot(w1, abs([U_c(1:512)']),'k');title('高频载波频谱');grid;axis([0 0.7 0 500]); >> subplot(326);plot(w1, abs([U_am(1:512)']),'k');title('已调信号频谱');grid;axis([0 0.7 0 500]); 1.1 >> ma = 0.8; >> omega_c = 2 * pi * 11138; >> omega = 2 * pi * 138; >> t = 0 : 5 / 400 / 1000 : 5 / 400; >> u_cm = 1; >> fc = cos(omega_c * t);
中北大学 高频电子线路实验报告 班级： 姓名： 学号： 时间： 实验一低电平振幅调制器(利用乘法器)
一、实验目的 1.掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑制载波双边带调幅的方法与 过程，并研究已调波与二输入信号的关系。 2.掌握测量调幅系数的方法。 3.通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。 二、预习要求 1.预习幅度调制器有关知识。 2.认真阅读实验指导书，了解实验原理及内容，分析实验电路中用1496乘 法器调制的工作原理，并分析计算各引出脚的直流电压。 3.分析全载波调幅及抑制载波调幅信号特点，并画出其频谱图。 三、实验仪器设备 1.双踪示波器。 2.SP1461型高频信号发生器。 3.万用表。 4.TPE-GP4高频综合实验箱（实 验区域：乘法器调幅电路） 四、实验电路说明 图 幅度调制就是载波的振幅受 调制信号的控制作周期性的变化。 变化的周期与调制信号周期相同。 即振幅变化与调制信 号的振幅成正比。通常称高频信号为载波5-1 1496芯片内部电路图 信号，低频信号为调制信号，调幅器即为 产生调幅信号的装置。 本实验采用集成模拟乘法器1496来构成调幅器，图5-1为1496芯片内部电路图，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路，电路采用了两组差动对由V1-V4组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路，即V5与V6，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。D、V7、V8为差动放大器V5、V6的恒流源。进行调幅时，载波信号加在V1-V4的输入端，即引脚的⑧、⑩之间；调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚的①、④之间，②、③脚外接 1KΩ电阻，以扩大调制信号动态范围，已调制信号取自双差动放大器的两集
《高频电子线路》实验教学大纲 一、面向专业：电子信息工程、通信工程 二、实验总学时：18学时（必做实验7个，共14学时，余下3学时可根据教学进度情况，选择余下10个实验项目进行），不独立开课，占总成绩30% 三、实验中心（室）：电子信息工程实验教学中心 四、实验目的： 通过实验教学，使学生进一步掌握高频电子线路的分析与设计的基本方法，掌握高频电子线路的性能指标的测量方法和测试技术，初步建立电子系统的概念。旨在培养学生综合运用知识能力、严谨细致的工作作风和一丝不苟的科学态度。 五、实验项目 实验项目一 实验名称：小信号调谐放大器 实验目的：掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算，掌握信号源内阻及负载对谐振回路的影响，了解放大器的动态范围及 测试方法。 实验类型：验证实验学时：2学时每组人数：1人 实验内容及方法：通过实物实验和仿真实验，观察和测量单调谐回路谐振放大器单元电路相关参数。 实验仪器设备：小信号调谐放大器实验板、示波器、高频信号发生器、扫频仪、交流毫伏表、直流稳压电源、万用表、计算机、Electronics Workbench Multisim电子电路仿真软件、LabVIEW软件。 *实验项目二 实验名称：集中选频放大器 实验目的：了解集中选频放大器的基本工作原理。 实验类型：验证实验学时：2学时每组人数：1人 实验内容及方法：通过实物实验和仿真实验，观察和测量集中选频放大器单元电路相关参数。 实验仪器设备：集中选频放大器实验板、示波器、高频信号发生器、交流毫伏表、直流稳压电源、万用表、计算机、Electronics Workbench Multisim 电子电路仿真软件、LabVIEW软件等。
实验四 电子散斑干涉测量 散斑现象普遍存在于光学成像的过程中，很早以 前牛顿就解释过恒星闪烁而行星不闪烁的现象。由于激 光的高度相干性，激光散斑的现象就更加明显。最初人 们主要研究如何减弱散斑的影响。在研究的过程中发现 散斑携带了光束和光束所通过的物体的许多信息，于是 产生了许多的应用。例如用散斑的对比度测量反射表面 的粗糙度，利用散斑的动态情况测量物体运动的速度， 利用散斑进行光学信息处理、甚至利用散斑验光等等。 激光散斑可以用曝光的办法进行测量，但最新的测量方法是利用CCD 和计算机技术，因为用此技术避免了显影和定影的过程，可以实现实时测量的目的，在科研和生产过程中得到日益广泛的应用。 一、实验原理 1.激光散斑的基本概念 激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体（例如毛玻璃）时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点，称为激光散斑（laser Speckles ）或斑纹。如果散射体足够粗糙，这种分布所形成的图样是非常特殊和美丽的（对比度为1），如图1。 激光散斑是由无规散射体被相干光照 射产生的，因此是一种随机过程。要研究 它必须使用概率统计的方法。通过统计方 法的研究，可以得到对散斑的强度分布、 对比度和散斑运动规律等特点的认识。 图2说明激光散斑具体的产生过程。 当激光照射在粗糙表面上时，表面上的每 一点都要散射光。因此在空间各点都要接 受到来自物体上各个点散射的光，这些光 虽然是相干的， 一种散斑场是在自由空间中传播而形成的（也称客观散斑），另一种是由透镜成象形成的（也称主观散斑）。在本实验中我们只研究前一种情况。当单色激光穿过具有粗糙表面的玻璃板， 图1 经CCD 采集的散斑图象
实验1 单调谐回路谐振放大器 —、实验准备 1．做本实验时应具备的知识点： ●放大器静态工作点 ●LC并联谐振回路 ●单调谐放大器幅频特性 二、实验目的 1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统； 2．掌握单调谐回路谐振放大器的基本工作原理； 3. 熟悉放大器静态工作点的测量方法； 4．熟悉放大器静态工作点和集电极负载对单调谐放大器幅频特性（包括电压增益、通频带、Q值）的影响； 5．掌握测量放大器幅频特性的方法。 三、实验内容 1．用万用表测量晶体管各点（对地）电压VB、VE、VC，并计算放大器静态工作点； 2．用示波器测量单调谐放大器的幅频特性； 3．用扫频仪观察静态工作点对单调谐放大器幅频特性的影响； 4．用扫频仪观察集电极负载对单调谐放大器幅频特性的影响。 四、基本原理 1．单调谐回路谐振放大器原理 小信号谐振放大器是通信接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大和选频。单调谐回路谐振放大器原理电路如图1-1所示。图中，R B1、R B2、R E用以保证晶体管工作于放大区域，从而放大器工作于甲类。C E是R E的旁路电容，C B、C C是输入、输出耦
晶体管集电极电阻对回路Q值的影响，采用了部分回路接入方式。 图1-1 单调谐回路放大器原理电路
图1-2 单调谐回路谐振放大器实验电路图 2
2．单调谐回路谐振放大器实验电路 单调谐回路谐振放大器实验电路如图1-2所示。其基本部分与图1-1相同。图中，1C2用来调谐，1K02用以改变集电极电阻，以观察集电极负载变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。1W01用以改变基极偏置电压，以观察放大器静态工作点变化对谐振回路（包括电压增益、带宽、Q值）的影响。1Q02为射极跟随器，主要用于提高带负载能力。 五、实验步骤 1．实验准备 （1）插装好单调谐回路谐振放大器模块，接通实验箱上电源开关，按下模块上开关1K01。 （2）接通电源，此时电源指示灯亮。 2．单调谐回路谐振放大器幅频特性测量 测量幅频特性通常有两种方法，即扫频法和点测法。扫频法简单直观，可直接观察到单调谐放大特性曲线，但需要扫频仪。本实验采用点测法，即保持输入信号幅度不变，改变输入信号的频率，测出与频率相对应的单调谐回路揩振放大器的输出电压幅度，然后画出频率与幅度的关系曲线，该曲线即为单调谐回路谐振放大器的幅频特性。步骤如下：（1）1K02置“off“位，即断开集电极电阻1R3，调整1W01使1Q01的基极直流电压为2.5V左右，这样放大器工作于放大状态。高频信号源输出连接到单调谐放大器的输入端（1P01）。示波器CH1接放大器的输入端1TP01，示波器CH2接单调谐放大器的输出端1TP02，调整高频信号源频率为6.3MHZ （用频率计测量），高频信号源输出幅度（峰——峰值）为200mv （示波器CH1监测）。调整单调谐放大器的电容1C2，使放大器的输出为最大值（示波器CH2监测）。此时回路谐振于6.3MHZ。比较此时输入输出幅度大小，并算出放大倍数。 （2）按照表1-2改变高频信号源的频率（用频率计测量），保持高频信号源输出幅度为200mv（示波器CH1监视），从示波器CH2上读出与频率相对应的单调谐放大器的电压幅值，并把数据填入表1-2。
电子散斑干涉实验讲义 （电子散斑干涉术测离面位移） 1．引言 电子散斑干涉术（ESPI）测离面位移具有实时、灵敏、全场测量等特点，在变形场测量、振型测量及工业无损检测方面具有广泛的应用。 2．实验目的 了解电子散斑干涉原理、掌握干涉光路及图像处理软件。对力学专业学生还可与板的理论分析进行验证。 3．基本原理 图1是常用的均匀参考光光路图，它将分光镜B1分出的一小部分激光经扩束后照射到另一块半透半反镜而与物体漫射光相汇合而形成干涉，前者是参考光，后者是物光。 B 分光镜M:反射镜
L1:扩束镜 L2: 成像透镜 图 1。电子散斑干涉术（ESPI ）光路图 物光的光强分布为： )(ex p )()(r r u r U o o o Φ= (1) 其中)(0r u 是光波的振幅，)(0r Φ是经物体漫射后的物体光波的相位。 参考光的光强分布为： )(ex p )()(r r u r U R R R Φ= (2) 物光与参考光在CCD 靶面上汇合形成光强)(r I 为： )cos(2)(22R o R o R o u u u u r I φφ-++= (3) 当被测物体发生变形后，表面各点的散斑场振幅)(r u o 基本不变，而位相)(r o φ将改变为)()(r r o φφ?-，即 [])()(ex p )('r r r u U o o O φφ?-= (4) 其中ΔФ（r ）为由于物体变形产生的相位变化。 变形前后的参考光波维持不变。这样，变形后的合成光强)('r I 为： [])(cos 2)(22'r u u u u r I R o R o R o φφφ?--++= (5) 对变形前后的两个光强进行相减处理： )()('r I r I I -= ＝[][] )cos(2)(cos 22222R o R o R o R o R o R o u u u u r u u u u φφφφφ-++-?--++ ＝2)(sin 2)()(sin 4r r u u R o R o ??φφ?????? ??-- (6) 由式(6)可见，相减处理后的光强是一个包含有高频载波项 ????? ??--2)()(sin r R o ?φφ的低频条纹2)(sin r ??。该低频条纹取决于物体变形引起的光波相位改变。
数字散斑干涉振动测量技术研究进展 摘要：数字散斑干涉技术（DSPI）是一种光学测试方法，具有非接触、高灵敏度、全场、实时、无损检测的特点，在振动测量方面有着较大的优势。本文从图像处理、相移技术等方面阐述了数字散斑干涉振动测量的发展现状，并对其中的关键技术进行了比较和分析。 关键词：数字散斑干涉，振动测量，数字图像处理，相移技术 Research Progress on V ibration Measurement Using Digital Speckle Pattern Interferometry Abstract:Digital speckle pattern interferometry (DSPI) is an optical testing and measuring method，a non-contact, high-sensitivity, full-field, real-time, non-destructive one, which has an advantage in vibration analysis. This paper introduces the recent progress on DSPI vibration measurement from aspects of digital image processing and phase shifting, also compares and analyzes their key technologies. Keywords:Digital speckle pattern interferometry; Vibration measurement; Digital image processing; Phase shifting 0 引言 散斑计量技术是现代光测力学技术中的一种。它具有非接触、无损、全场、高精度、实时测量的特点，在轮廓、应变、位移和振动测量方面有着广泛的应用前景[1]。目前广泛采用的振动测试技术，包括加速度传感器、应变式传感器等，由于均为单点测量，且会为结构带来附加质量，从而对振动产生影响，无法应用于微小振动测量。数字散斑干涉振动测量技术可以直接显示被测表面的模态振型，并且对环境稳定性的要求低于全息干涉方法[2]，这一系列优势使数字散斑干涉法成为激光测振技术中的一个重要分支。 采用激光散斑来研究振动测量的方法，最先由Massey于1968年开始进行研究。随后发展起来的散斑剪切干涉法[3]，从而实现了对振动中形变的导数进行测量。在最初的散斑计量技术中，用于记录散斑条纹图的介质为全息干板。此后，随着电子技术的发展，出现了采用磁带记录散斑图的测量方法，即电子散斑测量技术，最初于20世纪70年代初由J.N.Butters和J.A.Leendertz
实验二 高频功率放大器 一、 实验目的 1.通过实验，加深对于功率放大器工作原理的理解。 2.探讨丙类谐振高频放大器的激励大小对工作状态的影响，观察三种状态的脉冲电流波形。 3.了解基极偏置电压、集电极电压、负载的变化对于工作状态的影响。 二、 实验设备 1. Multisim1 2.0 电路仿真软件 2．双踪示波器 3．高频信号发生器 4. 万用表 三、 实验说明与内容 实验原理 高频功率放大器主要用于放大高频信号或高频窄带（或已调波）信号。由 于采用谐振回路做负载，解决了大功率放大时的效率、失真、阻抗变换等问题，因此高频功率放大器又称为谐振功率放大器，就放大过程而言，电路中的功率管是在截止、放大至饱和等区域中工作，变现出了明显的非线性特性，其效果一方面可以对窄带信号实现不失真放大，另一方面又可以使电压增益随输入信号大小变化，实现非线性放大。 1、 高频功率放大电路的仿真分析 高频功率放大电路的仿真测试电路如图1所示，要求画出高频功率放大器输 入、输出电压波形，其参数如图2所示。（提示：使用示波器） 1）高频功率放大器原理仿真，电路如图1所示： H 图1 高频功率放大电路 2）输入、输出电压波形参数设置，如图2所示。
图2 输入、输出电压波形设置 3）利用瞬态分析对高频功率放大器进行分析设置。要设置起始时间与终止时间，和输出变量。 （提示：单击菜单栏中的“仿真”，下拉菜单中的“分析”选项下的“瞬态分析”命令，在弹出的对话框中设置。在设置起始时间与终止时间不能过大，影响仿真速度。例如设起始时间为0.03s，终止时间设置为0.030005s。点击“输出”菜单页中设置输出节点变量时选择v中的所有节点，回到“分析参数”页，点击仿真即可。观察各个节点的波形并分析。） 2、高频功率放大器电流、电压波形 为了观察到高频功率放大器输出电流波形，在三极管的发射极串联一个很小的电阻R1（0.2欧），测量R1上的电压波形，即高频功率放大器输出电流波形。构建的仿真电路测试图，见图3所示。示波器一端接入输入信号，一端 接R1上。
三点式正弦波振荡器 一、实验目的 1、 掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计 算。 2、 通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影 响。 3、 研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。 二、实验内容 1、 熟悉振荡器模块各元件及其作用。 2、 进行LC 振荡器波段工作研究。 3、 研究LC 振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。 4、 测试LC 振荡器的频率稳定度。 三、实验仪器 1、模块 3 1块 2、频率计模块 1块 3、双踪示波器 1台 4、万用表 1块 四、基本原理 实验原理图见下页图1。 将开关S 1的1拨下2拨上， S2全部断开，由晶体管N1和C 3、C 10、C 11、C4、CC1、L1构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI 可用来改变振荡频率。 ) 14(121 0CC C L f += π 振荡器的频率约为4.5MHz （计算振荡频率可调范围） 振荡电路反馈系数 F= 32.0470 220220 3311≈+=+C C C 振荡器输出通过耦合电容C 5（10P ）加到由N2组成的射极跟随器的输入端，因C 5容量
很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。射随器输出信号经N3调谐放大，再经变压器耦合从P1输出。 图1 正弦波振荡器（4.5MHz ） 五、实验步骤 1、根据图1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。 2、研究振荡器静态工作点对振荡幅度的影响。 （1）将开关S1拨为“01”，S2拨为“00”，构成LC 振荡器。 （2）改变上偏置电位器W1，记下N1发射极电流I eo (=11 R V e ，R11=1K)（将万用表 红表笔接TP2，黑表笔接地测量V e ），并用示波测量对应点TP4的振荡幅度V P-P ，填于表1中，分析输出振荡电压和振荡管静态工作点的关系，测量值记于表2中。 3、测量振荡器输出频率范围 将频率计接于P1处，改变CC1，用示波器从TP8观察波形及输出频率的变化情况，记录最高频率和最低频率填于表3中。 六、实验结果 1、步骤2振荡幅度V P-P 见表1.