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剪切电子散斑干涉技术研究

何佃花  
【摘要】:散斑计量是光检测技术的一个重要分支。这一技术利用相干光照射在粗糙的物体表面,在空间所形成的散斑,或物体表面自然存在的或人造的散斑颗粒,实现物体表面位移和变形检测。在过去的30多年中,除了对散斑场自身的特性和规律给予深入的研究外,有多种散斑测量技术(如散斑照相、散斑干涉和散斑剪切干涉)逐渐发展和建立起来,并在不同的领域中获得了广泛的应用。 电子散斑干涉测量技术(ESPI)近二十年来已发展成变形场测量的重要方法。而电子剪切散斑干涉术(ESSPI)正是在电子散斑干涉术(ESPI)基础上发展起来的一种测量位移导数的新的方法,具有可以实现全场测量,光路简单,调节方便,对环境要求低等优点。而在电子剪切散斑干涉术(ESSPI)的定量测量中应用相移技术,可以使测量精度大为提高,因此被广泛用于无损检测等领域(NDT)。 本文就电子剪切散斑干涉及相移技术方法进行了研究讨论,主要的内容可概括如下: 1、简单地介绍了散斑的概念及几种形成方法,回顾了散斑计量的发展历史。 2、系统地介绍了电子散斑干涉术的基本原理;介绍了位相测量方法的基本原理。并对其中的相移法的原理,实现相移的方法及相移算法进行了详细的介绍。 3、介绍了基于沃拉斯顿棱镜作为剪切元件的传统的剪切电子散斑干涉术,分析了沃拉斯顿棱镜的剪切机理,由于错位的二物光束同向传播,很难通过将它们分开来引入附加相位的方法来实现相移。平移棱镜相移法可以在二束物光不分开的情况下实现相移。本文对平移棱镜相移法进行理论分析,证明平移棱镜可以引入稳定的、线性的附加相位,并推导出附加位移与附加相位之间的关系式。同时,对入射光线的入射角度在电子剪切散斑干涉中产生的影响作了理论分析,给出了它们之间关系的数学表达式,估计了相对误差。利用周边固定中心加载的圆盘进行实验,给出了实验结果,证明平移棱镜相移法可以有效地从干涉条纹中定量提取位移导数信息。 4.提出了以错位方棱镜为剪切元件的新的电子剪切散斑干涉术,分析了剪切方棱镜的剪切机理,并将剪切方棱镜用于典型的剪切电子散斑干涉实验,实验中利用周边固定的中心加载的圆盘进行试验,并将实验结果同沃拉斯顿的结果比较,说明剪切方棱镜的剪切效果同沃拉斯顿的一样好,表明该新型方棱镜可作为剪切元件用于电子剪切散斑干涉术。 5.介绍了剪切电子散斑干涉术在实际当中的应用,一方面在无损检测领域的应用,综述了近几年的发展历程,另一方面就是用于应力应变的分析,并给出了各个方向上的应变的理论推导。


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