散斑测试技术的综合应用

一、实验目的

进行离面位移的散斑测量

进行面内位移的散斑测量

了解利用散斑测量速度及振动的方法。

二、实验原理

测量离面位移的原理如图1所示，M1是被测面，M2是参考面，M1与M2在像面上形成散斑图。令A1为M1所产生的散斑图在P点的振幅，A2为M2所产生的散斑图在P点上的振幅，因为是相干的，在P点的合成振幅为A1＋A2，而P点的强度决定于A1与A2的位相差。当物体M1变形后，则两个散斑场的位相差发生改变，而合成的散斑场强度发生改变。若位相差的改变为2π，4π，……，即程差的改变为λ，2λ，3λ……，则变形后的散斑场强度与原来的一样，称为相关。若程差的改变为λ/2，3λ/2，5λ/2……，则亮散斑变为黑散斑，而黑散斑变成亮散斑，称为不相关。

将变形前后成像在CMOS上的两个像相减，可以得到相关条纹。

实验原理

测量面内位移的系统如图2所示。以两束相干光照明粗糙面，以相同角度I在法线两侧平行入射，在物前方空间形成空间散斑场。CCD靶面平行物平面，CCD将光强信号转换为电信号，再经图像卡数字化后形成灰度信号存储。当物体发生位移时，空间散斑颗粒也发生位移，则空间散斑在CCD靶面上也发生同样的位移，在存储器中分别记录下物体位移前后的空间散斑图。在位移前散斑图上，取包含某散斑颗粒的子区，将其在位移后的数字散斑图上进行相关搜索，由相关系数的最大值求出位移值。

利用漫射体的粗糙表面在激光照明下产生的散斑可以测量此漫射体的相对移动速度。当用激光照射在运动的漫射体上时，同一个散斑用两个探测器来接收，通过相关处理，求出延迟时间，就可以获得相对移动速度。延迟时间的值为：

式中：X为二探测器之间的距离；σ为散斑的平均直径；V为探测器的运动速度。

测量振动的方法是，将辅助漫射体产生的客观散斑投射到待测物体上。整个辅助漫射体被激光照明，物面上布满着由毛玻璃所产生的散斑。由于要观察的是物体的振动，物面上的波节区（不动区域）不改变散斑结构，表现出高对比散斑。而波节附近那些处于运动状态的区域将会形成另一类散斑图，它们将依运动状态而随时间迅速变化。物面的波腹区（振动区域）若其振动振幅超过一个散斑的长度，散斑就变得模糊。

实验原理