电子散斑干涉检测技术的研究共66页

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=<v σ>='0.6/sin u λ (1)上式说明散斑的大小粗略对应于散射光的干涉条纹间距。

散斑的形状与照明区域的形状有关，若照明区域增大则散斑变小。

上面所讲的散斑是由粗糙表面的散射光干涉而直接形成的，称为直接散斑(如图2所示)。

若经过一个光学系统，在它的像平面上形成的散斑，称为成像散斑，亦称主观散斑（如图3所示）。

图2、客观散斑的形成 图3、主观散斑原理图成像平面上P 点的散斑直径v σ，决定于透镜出射光瞳对P 点的孔径角'u ，即<v σ>='0.6/sin u λ=0.6/NA λ=1.2（1+M ）F λ （2）其中NA 为透镜的数值孔径，M 是透镜的放大率。

主观散斑是物面上的散斑图像成像所得，这个物方散斑图的平均直径用<S>表示：<S>='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。

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● 了解和掌握ESSPI 测量物体离面位移导数的方法和技术； ● 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[]),(exp ),(y x a y x U Φ=（2） []),(exp ),(y x x a y x x U δδ+Φ=+（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),(),(y x x U y x U U T δ++=（4）则光强为[]x T T a U U I φcos 12*2+==，),(),(y x y x x x Φ-+Φ=δφ （5）当物体变形后，光波将产生一个相位的变化量Δφx ，则变形后的光强为()[]x x a I φφ∆++=cos 12'2（6）2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2sin 2sin 4'2x x x T a I I I φφφ∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆+=-=（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Δφx 的结果。

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 SpecklePattern InterferometryAbstract: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 shifting0 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]。

电子散斑干涉实验报告电子散斑干涉实验报告引言：电子散斑干涉实验是一种经典的物理实验，通过电子的干涉现象展示了波粒二象性的特性。

本实验旨在通过观察电子的干涉图案，深入了解电子的波动性质，并探讨干涉现象的原理。

实验器材与原理：本实验所需的器材包括电子枪、狭缝、屏幕和电子探测器。

电子枪通过电子的发射，产生电子束；狭缝用于调节电子束的宽度和方向；屏幕用于接收电子束，并观察干涉图案；电子探测器用于测量电子的强度。

实验过程：首先，将电子枪与电子探测器连接，将电子枪的电压调至适当的值，以确保电子能够发射。

然后，将狭缝放置在电子枪和屏幕之间的适当位置，并逐渐调节狭缝的宽度，观察屏幕上的干涉图案的变化。

最后，使用电子探测器测量不同位置的电子强度，并记录下来。

实验结果与讨论：在实验中，我们观察到了明暗相间的干涉条纹，这些条纹是由电子的波动性质引起的。

当电子通过狭缝时，它们会发生衍射，形成一系列的圆环状干涉条纹。

这是因为电子的波长与狭缝的大小相当，导致电子在经过狭缝后发生干涉。

通过调节狭缝的宽度，我们可以观察到干涉图案的变化。

当狭缝较宽时，干涉条纹较模糊，圆环状的条纹不太明显。

而当狭缝较窄时，干涉条纹变得更加清晰，圆环状的条纹更加明显。

这是因为狭缝的宽度决定了电子波束的展宽程度，狭缝越窄，电子波束的展宽越小，干涉条纹就越清晰。

此外，我们还测量了不同位置的电子强度。

我们发现，在干涉条纹的暗纹处，电子强度较低；而在干涉条纹的亮纹处，电子强度较高。

这进一步验证了干涉现象的存在。

结论：通过电子散斑干涉实验，我们深入了解了电子的波动性质和干涉现象的原理。

实验结果表明，电子具有波粒二象性，可以通过狭缝发生衍射和干涉。

干涉条纹的形成与狭缝的宽度有关，狭缝越窄，干涉条纹越清晰。

此外，干涉条纹的亮暗变化也与电子的强度分布有关。

通过本实验的探索，我们对电子的性质有了更深入的了解，并且对光学干涉现象也有了更深刻的认识。

这对于进一步研究电子的行为和开展相关应用具有重要意义。

1
双光束电子散斑干涉术测量物体面内位移
(2学时，每次实验12人)
一． 实验目的
了解和掌握双光束电子散斑干涉术测量物体离面位移的方法和技术。

二． 实验器材和装置
试验器材有：激光器、反射镜、分光镜、扩束镜、CCD 、图象卡、计算机及软件。

实验装置和光路如图1所示。

B1：分光镜 M ：反射镜 L1：扩束镜
图1 双光束电子散斑干涉术的光路图
三． 基本原理
双光束电子散斑干涉术的两束光互为物光和参考光。

由于变形对两束光的相位都有影响，所以物体变形时合成的相位差与位移的关系为：
[])sin (sin )cos (cos 221θθθθλπφ++-=
∆d d 2)(sin 4d θλ
π= 其中d 2即为物体变形时的面内位移。

当两束光的照明角θ较大时，测量的灵敏度较高。

四．实验步骤
1．按图1摆好光路。

调整光路时要求两束光的光程、光强和高度近似相等。

散斑图要求含有固定边缘。

2．打开采图软件（如图2所示），点击工具栏中Capture Image，弹出一个实时监控的窗口。

点击窗口中的Real Time按钮，施加一定压力，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。

在监测到一幅清晰的条纹图时，再按Real Time钮，使之弹起，固定条纹图。

然
后把条纹图保存起来（*.bmp文件）。

图2 双光束测量物体面内位移的软件操作窗口
五．实验报告要求
求出试件中心位置处的面内位移d2。

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 ϕϕφφ∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆-- (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 ϕφφ的低频条纹2)(sin r ϕ∆。

数字散斑测量技术数字散斑测量技术是一种能够实现非接触、高精度测量的技术，广泛应用于光学领域。

本文将从介绍数字散斑测量的原理、应用领域和发展前景等方面进行阐述。

一、数字散斑测量技术的原理数字散斑测量技术是基于散斑干涉原理的一种测量方法。

散斑是由于光波经过光学系统后在接收屏幕上产生的一种随机干涉图样。

在数字散斑测量中，通过对散斑图像进行数字化处理，可以获取到被测物体的形貌信息。

具体来说，数字散斑测量技术主要包括以下几个步骤：首先，通过激光器产生一束单色、高相干度的光源；然后，将光源照射到被测物体表面，形成散斑图像；接着，使用CCD相机等光学设备将散斑图像转化为数字信号；最后，通过数字信号处理算法，提取出散斑图像中的相位信息，进而得到被测物体的形貌数据。

数字散斑测量技术在光学领域有着广泛的应用。

首先，它可以用于光学元件的表面形貌检测。

光学元件的表面形貌对其光学性能有着重要影响，通过数字散斑测量技术可以实现对光学元件表面形貌的高精度测量，从而保证产品质量。

数字散斑测量技术还可以应用于光学镜头的定位和对焦。

在光学系统中，准确定位和对焦是保证成像质量的关键步骤，利用数字散斑测量技术可以实现对光学镜头的快速、精确定位和对焦，提高成像质量。

数字散斑测量技术还可以应用于光学薄膜的厚度检测。

光学薄膜的厚度对其光学性能有着重要影响，通过数字散斑测量技术可以实现对光学薄膜厚度的高精度测量，为薄膜制备提供可靠的数据支持。

三、数字散斑测量技术的发展前景数字散斑测量技术作为一种非接触、高精度测量技术，在光学领域有着广阔的应用前景。

随着光学元件、光学系统和光学薄膜等的发展，对于光学形貌、定位和厚度等的要求也越来越高，数字散斑测量技术将会得到更广泛的应用。

随着数字图像处理技术和计算机算法的不断发展，数字散斑测量技术在数据处理和分析方面也将得到进一步的提升。

未来，数字散斑测量技术有望实现更高的测量精度和更快的测量速度，为光学领域的研究和应用提供更好的支持。