散斑干涉实验
实验3-3 剪切散斑干涉法指导书
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。
激光散斑干涉
7、利用利用电子散斑干涉的处理软件对其图像处理。
五、数据记录和数据处理：
利用电子散斑干涉的处理软件对处理后的图片进行三维点阵重构，并绘出W-X，W-Y，W-X-Y 图。
六、注意事项：
1.眼睛不可正面直视激光束，以免造成伤害。
2.请勿用手触摸光学元件的表面。
3.在运行控制程序前，请关闭其它应用程序。
4．在采集图象的过程中，同一组名的图象会不予提示地覆盖以前的图象，所以在采集新图时，建题：
如果本实验采用平行光照明，从理论上看测试精度将有何变化，光路应做何调整？
电子散斑
一、实验内容：
1．了解电子散斑干涉原理；
2．掌握干涉光路及图像处理软件；
3．学会使用本系统来测量三维离面位移。
二、实验仪器：
图一XGS-1 电子散斑干涉(ESPI)实验系统
三、实验原理：
电子散斑干涉法是用激光光束直接照射到测试表面，再用电子摄像机采集其变形前后表面散斑颗粒干涉形成的条纹，以测定其离面位移的一种新型、先进的测试技术，其光路如下图所示，图二为测量离面位移（即前后沿Z轴方向的位移W）的光路，由激光器1发出的激光束，经扩束镜2及准直镜3形成光斑放大了的准直光，再经分光镜4分成两束，一束照射到反射镜5再返回，另一束照射到被测物6的表面再返回，两束返回的光束干涉形成干涉条纹，也就是一系列等位移线N，则离面位移为
4、放入被测物品和CCD摄像机，调节分光镜上二维调整台的微调旋扭，使被物品反射的光的中心照射到CCD摄像机接收表面上。
5、而后放入平面反射镜，要使平面反射镜到分光镜的距离和被测物品到分光镜的距离相同，且调节其被反射的光束的中心也入射到CCD摄像机接收表面上，这时便可以在采集图像的软件上看到干涉条纹。最后在放入聚焦透镜，调节透镜与CCD的距离，使屏幕上得到最清晰、最完整的像。调节反光镜上的二维调整架的微调旋扭，使得到的图像的干涉条纹最清晰且为中心位置。
电子散斑干涉术测空气折射率
电子散斑干涉术测空气折射率一、实验目的：1.了解电子散斑干涉原理、掌握干涉光路及图像处理软件。
2.通过观察“散斑对”产生的杨氏干涉条纹，加深对双孔杨氏干涉理论的理解，了解散斑干涉计量的基本原理。
二、实验原理：全息散斑干涉过程中信息的载体是作为电磁波的光,测量的对象是光学粗糙表面及其有关物理量,如 面形、应变、流场等。
当用激光束投射到一光学粗糙表面（即表面平均起伏大于光波波长量级）上时，即呈现出用普通光见不到的斑点状的图样。
其中的每一个斑点称为散斑(speckle),整个图样称为散斑图样，这种散斑现象是使用高相干光时所固有的。
散斑的物理起因可以简单地说明为：当激光照射到物体表面时，其上的每一个点（面元）都可视为子波源，产生散射光。
由于激光的高相干性，则由每一个物点散射的光将和每一个其他物点散射的光发生干涉。
又因为物体表面各面元是随机分布的（这种随机性由表面粗糙度引起），则由它们散射的各子波的振幅和位相都不相同，而且也是无规则分布的。
所以由各面元散射的子波相干叠加的结果，形成的反射光场具有随机的空间光强分布。
当把探测器或眼睛置于光场中时，将记录或观察到哦一种杂乱无章的干涉图样，呈现颗粒状结构，此即“散斑”。
散斑干涉术的记录和再现在本质上与全息干涉计量相同，它以干涉方法实现光学粗糙表面的检测，它在形式上更加灵活，不仅可以用光学方法实现，还可以用电子学方法实现，在电子散斑干涉计量（ESPI ）中,原始的散斑干涉场由光电器件转换成电信号记录下来。
用模拟电子技术方法实现信息的提取，形成的散斑干涉场可直接显示在监视器上，也可以存入电子计算机。
与光学滤波方法相比，ESPI 操作简单、实用性强、自动化程度高，可进行动态和静态测试，具有许多优点。
下面的实验是用电子学方法实现的。
Fig.2 Light path of ESPI method上图是常用的均匀参考光光路图，BS 为分光镜，分得的一束光经一系列的反射作为参考光，另一束光经反射、扩束、准直后，再经过毛玻璃片，作为物光，参考光与物光成像到CCD 摄像机摄像管接收面上,再经过电子计算机的软件运算处理后,就可以将成像显示在显示器上。
实验一 双光束散斑干涉
实验一双光束散斑干涉Pb10005083 刘波实验目的：1.熟悉双光束散斑干涉的基本光路。
2.掌握双光束散斑干涉的基本原理。
3.掌握应用双光束散斑干涉测量面内位移。
实验原理：所谓双光束散斑干涉技术是指利用双光束干涉所形成的散斑场来进行干涉计量的技术。
这种双光束干涉散斑可能由两个散斑场相干形成，也可能由一个散斑场与一个均匀光场相干形成。
干涉散斑场的细节分布，不仅与物表面的随机起伏（即粗糙程度）有关，还与两束光波之间的位相差有关。
如果两束光波之间的位相差发生变化，则干涉散斑场将发生非相关的变化，即变得细节分布不相同。
但如果位相差变化量刚好为2p的整数倍，则散斑场又变成原样，即与原散斑场相关。
在位移测量中，由于物表面各点位移不同，也就会造成两束光波间位相差的改变量不同。
有些地方散斑场变得与原散斑场不相关，而有些地方则保持相关。
这种保持与原散斑场细节分布相同的点的轨迹称相关条纹。
双光束散斑干涉技术，通过检测相关条纹来测量位移场。
双光束散斑干涉技术，可以用来测量面内位移，也可以用来测量离面位移。
其测量灵敏度比单光束散斑干涉技术高一个量级，与全息干涉技术的测量灵敏度相同。
但双光束散斑干涉技术要求位移量小于一个散斑大小。
面内位移的测量方法光路图如上图，该方法所得散斑场是两束相干光照明同一漫射物体形成的两套散斑场相干叠加的结果。
对于对称入射光路，Ua=Ub=(u,v,w)Ka=(sinθ,0,cosθ)Kb=(-sinθ,0,cosθ)该方法测量面内位移的相关条纹是：相关条文方程为面内位移眼照明平面分量的等值线，其灵敏的为λ/（2sinθ）. 实验结果：实验结果分析：双光束散斑用于测量面内位移，图中条纹为面内位移x分量的等值线。
当双光束并不完全对称时，设其分别为θ1，θ2，则公式中2sinθ应用sinθ1+sinθ2代替。
尽管如此，若CCD镜头并不垂直于试样，而是平分双光束与试件构成的三角形的顶角，则任然可用2sinθ精确计算。
电子散斑干涉实验报告
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。
电子散斑干涉实验
电子散斑干涉实验[引言]用激光照射物体表面时，在表面前方空间形成随机分布的明暗点，称之为散斑。
散斑随物体表面的变形或移动而运动，记录物体变形前后两个错动了的散斑图并进行比较分析，可以实现物体表面位移的高精度测量。
[实验目的]1．了解电子散斑干涉实验原理。
2．了解并熟悉仪器和光路布置，学会光路的调整方法与步骤。
3. 完成周边固支中心加载圆盘试样的离面位移的观察与测量分析试验。
[实验原理]散斑干涉是被测物体表面散射光所产生的散斑与另一参考光相干涉，两束相干光到此点的光程差，决定了合成散斑场中亮度的细节分布。
当物体发生位移或变形时，光程差也发生变比，如果光程差的变化是照射光波长的整数倍时，则此处斑的亮度不变，将变形前后的两幅散斑图相减，这些位置出现暗条纹，也称相关条纹。
所以相关条纹就是光程差变化等于波长整数倍的那些相关点的轨迹，可以算出相关条纹所代表的位移量。
电子散斑干涉仪的实验光路如图1所示。
He-Ne激光器发出的激光，波长为632.8nm，经分光镜分成物光束和参考光束两束，参考光经过反射到达另一扩束镜，发散后通过半反半透镜反射进入CCD摄像机。
物光束经过扩束镜发散后照射试样的表面，试样表面反射的物光经成像透镜成像，也通过半反半透镜进入CCD 摄像机，将两个光路的混合图像送入计算机。
图1 散斑干涉离面位移测量的实验光路双光束散斑干涉法中两束相干光相干涉，合成散斑场中亮度的细节分布，决定于两束相干光到此点的光程差。
设散斑干涉所需要的物光和参考光在相平面上的波前可以分别表示为()()()[]t y x i y x a t y x A ,,exp ,,,ϕ= (1)以及()()()[]t y x i y x b t y x B ,,exp ,,,ψ= (2)其中a 、b 分别表示物光和参考光的振幅，ϕ、ψ分别表示物光和参考光的位相。
物光和参考光（在相平面上）叠加干涉形成散斑场，其光强为（省略坐标与时间t y x ,,）()ψϕ-++=cos 222ab b a I (3)当被测物体变形后，物光的光程发生变化，产生光程差δ，对应的位相改变量为ϕ∆，而参考光的位相保持不变，所以物光和参考光叠加干涉后的光强成为()ϕψϕ∆+-++=cos 2'22ab b a I (4) 变形前后的两个图像均由CCD 实时采集并送入计算机进行处理。
激光散斑干涉实验
激光散斑干涉实验激光散斑干涉实验摘要:激光散斑测量法是在全息方法基础上发展起来的一种测量方法，这种方法具有很强的实用价值。
散斑位移测量不仅可以实现离面微位移的测量，也可以进行面内微位移测量。
主要是对面内微位移进行了测量研究，利用设计的测量系统将物体发生位移前后的散斑图由CCD记录下来，分别用数字散斑相关法和散斑照相法对散斑图像进行了分析处理，并得出了相应的结论。
关键词:激光散斑;位移测量;数字图像处理一、引言激光自散射体的粗糙表面漫反射或通过透明散射体（毛玻璃等）时，在散射表面或附近的光场中会形成无规则分布的亮暗斑点，称为激光散斑。
激光散斑在全息图上是一种有害的背景噪声，但由于散斑携带了光束和光束所通过物体的光学信息，于是产生了广泛的应用。
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；用散斑进行光学信息处理，甚至利用散斑验光等等。
但应用领域最广的是散斑干涉测量技术。
散斑干涉技术在机械工程方面可以用于测量物体表面的形变和裂纹、损伤和应力分布，在天文学方面可以测量大气的扰动和温度场分布，在医学、力学和光处理等领域也有广泛的影响。
二、实验2.1实验测试系统散斑干涉测量离面位移光路图如下图所示2.2实验原理（1）激光散斑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。
由于激光的高度相干性，表面散射光在空间中随机相干叠加后会形成一些亮暗分明的区域，且呈现无规则分布，按照在散射面有无透镜，可以将散斑场划分为主观散斑和客观散斑，由于透镜的使用，主观散斑又被称为成像散斑。
（2）利用散斑干涉术测量面内位移散斑干涉计量就是将物体表面空间的散斑记录下来，当物体运动或由于受力而产生变形时，这些随机分布的散斑也随之在空间按一定规律运动。
因此能利用记录的散斑图分析物体运动或变形的有关信息。
当测量物体在面内发生位移时，通常在被测物体位移前，将散斑记录下来，然后使物体垂直于光轴发生一微小面内位移d，再次记录。
激光散斑干涉
激光散斑干涉电子散斑一、实验内容：1．了解电子散斑干涉原理；2．掌握干涉光路及图像处理软件；3．学会使用本系统来测量三维离面位移。
二、实验仪器：成像透镜被测物体的平面镜氦氖激光器CCD摄像机分光镜扩束器图一xgs-1电子散斑干涉(espi)实验系统三、实验原理：电子散斑干涉法是用激光光束直接照射到测试表面，再用电子摄像机采集其变形前后表面散斑颗粒干涉形成的条纹，以测定其离面位移的一种新型、先进的测试技术，其光路如下图所示，图二为测量离面位移（即前后沿z轴方向的位移w）的光路，由激光器1发出的激光束，经扩束镜2及准直镜3形成光斑放大了的准直光，再经分光镜4分成两束，一束照射到反射镜5再返回，另一束照射到被测物6的表面再返回，两束返回的光束干涉形成干涉条纹，也就是一系列等位移线n，则离面位移为w=λn/2式中λ为测试光的波长，n为条纹的级数。
图二光路图四、实验步骤：1.放置平台并将其调平。
2、各个实验仪器的位置参看图一，先把各个仪器的中心高度调至共轴。
3.使激光器发出的光束平行于工作平台的工作表面。
分别放置扩束器和准直器，调整准直器，使经过扩束器的激光变成平行光。
平行光束应穿过光路（分束器、被测物体、反射器等）中部件的中心，并与平台平行。
在扩束器前面放置一个偏振器，以调整亮度，防止损坏CCD相机。
4、放入被测物品和ccd摄像机，调节分光镜上二维调整台的微调旋扭，使被物品反射的光的中心照射到ccd摄像机接收表面上。
5.然后放入平面镜，使平面镜和分束器之间的距离与被测物体和分束器之间的距离相同，并调整反射光束的中心，使其也入射到CCD相机的接收面上。
此时，可以在图像采集软件上看到干涉条纹。
最后，放入聚焦透镜，调整透镜和CCD之间的距离，以获得屏幕上最清晰、最完整的图像。
调整反射器上二维调整框的微调旋钮，使获得的图像的干涉条纹最清晰，处于中心位置。
6、这时就可以给物品加压，调节物品架上的旋扭给物品加压，随着旋扭的调节，电脑的屏幕上出现的干涉条纹越来越多，且为同心圆环。
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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
3、数字散斑干涉法的基本原理
当相干光照射到引起漫反射的物体表面时，物体个部位所发出的次波在物体表面的前方相干而形成大量的明暗的斑点，叫做散斑。
散斑的空间结构只决定了照射的光源以及被照射物体的表面结构。
由于散斑和所照射的表面存在着固定的关系，我们在物体位移前后分别将散斑记录在一张照相底板上，底板上的复合散斑图即反映了物体表面各点位移的变化，通过适当处理可以将这种位移信息显露出来而加以测量。
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。
数字散斑计量由于采用CCD 记录数字散斑图，不需要进行显影和定影等冲洗处理，并且记录的物体变形前后的散斑图可以存储在同一帧存中，也可以存在不同帧存中。
因此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或相关模式。
面内位移数字散斑照相系统如图1所示，激光照射待测物体，用CCD 相机记录数字散斑图，数字散斑图传输到计算机进行图像处理。
两平行的相干光束对称的照到被测物体表面，她仅对x 轴方向的面内位移敏感，能消除离面位移的影响。
为说明情况，取对称光路的一半
设试点p 沿坐标轴产生的位移分别为U,V,W 对于图1所示光路系统有
]sin )cos 1([2θθλπ
φU W ++=∆ (6)
其中，λ是所用激光的波长，θ是照明光与物体表面法线的夹角，W 是物体变形的离面位移，U 是物体变形的面内方向位移。
在一般情况下，照明角较小，cos θ≈1，sin θ≈0，所以
λπφW
4=∆ (7)
由（5）式可知，当φ∆=2n π＋π/2时，n=0，±1，±2，…时，I T 为极大值,即为亮条纹。
此时相邻的两条条纹之间所对应的离面位移W=λ/4。
对于双光束照明条件下（测量面内位移）的物体变形与光波位相之间的关系，可以将一束光看成物光，另一束光为参考光，如图2类似。
因此，式（6）也可以用来表示变形与相位之间的关系，但是由于变形对二束光的相位都有影响，所以合成的相位差与位移的关系为
U U W )(sin 4)]sin (sin )cos (cos [2θλπ
θθθθλπ
φ=-+-=∆
4、实验步骤
a、打开激光器开关，调节仪器光路，使两束光使其均匀照射到测试样品上且相重合；
b、开机登陆，启动测试软件iDOS；
c、进入测试区界面后，点击“→”图样，开始实验。
再单击“—”图标，实现物体变形前后两幅数字散斑图相减。
d、调节镜头焦距和光圈，使物体能够清晰成像；。