电子散斑干涉法在平面小振幅振动测量中的研究 毕业设计
新型电子散斑干涉仪[实用新型专利]
![新型电子散斑干涉仪[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/75228a05524de518974b7de5.png)
专利名称：新型电子散斑干涉仪专利类型：实用新型专利
发明人：宋菲君,俞蕾,于国明,冀平申请号：CN92239009.6
申请日：19921102
公开号：CN2151436Y
公开日：
19931229
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：该新型电子散斑干涉仪，具有连续、大幅度地调 节照明光束孔径角及连续、大范围地补偿物光光程的 功能，能适应于位于不同距离、具有不同尺寸的被测 物体，光功率的利用率高，照明均匀，物光光程获得完 全的补偿，干涉图反差高，调节方便，结构紧凑，性能 稳定。
适用于物体位移场、变形场和振动场的测量以 及材料、构件的无损检测。
申请人：中国大恒公司
地址：100080 北京市中关村路29号
国籍：CN
代理机构：北京大学专利事务所
代理人：陈美章
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基于空间载波调制散斑干涉的低频振动测量技术
基于空间载波调制散斑干涉的低频振动测量技术摘要：在建筑、工业制造、生物医学和精密测量等许多应用领域中，低频振动测量越来越被人们所重视，而现有的测振方法或多或少存在一些不足。
文章提出一种基于空间载波调制的散斑干涉测振技术，将散斑干涉测量技术、同态滤波图像处理技术和连续图像采集技术等结合在一起，对物体的微位移低频振动的振幅、周期、频率等参数进行测量，绘制相应的振动曲线，并开发了相应的数据处理系统。
实验表明，该方法可实现全场非接触动态测量、精度较高，具有较好的实际应用前景。
关键词：低频振动；散斑干涉；空间载波中图分类号：O 436.1 文献标志码：A随着经济、科技的快速发展，建筑、大型水电工程、精密机械加工、船舶、汽车、航空航天、国防应用、生物医学等领域都不断向着高精度、高准确度方向发展，而低频振动测量在其中占有十分重要的地位，已成为必须认真研究和解决的重要课题[1]。
大多数情况下，低频振动所造成的影响是有害的。
工程上，低频振动往往破坏机器设备的正常工作，影响机器的精度，使用寿命，甚至造成机器损坏。
同时振动所产生的噪声也危害着人们的健康[2]。
所以低频振动测量越来越受到人们的重视，在长期的实践、探索和研究中，新的测量方法和手段也不断涌现。
目前国内外针对低频振动的测量方法大致可以分成三类：机械式测量方法，电测法和光测法[1]，但这些方法都有一些不足之处。
机械式测振法的测量精度较低，对微位移的低频振动不太适用。
电测法测量精度较高，但通常要与待测物体接触，在其上安装测振传感器，这会引入附加误差，而且对环境电磁场也比较敏感[1]。
光测法按照不同的测振原理可分为光学全息法、激光多普勒测振法、激光三角法、散斑干涉法等。
光学全息法要用到干板、胶片等做为底片，需要在暗室里进行冲洗，测量过程比较麻烦，在工程实际中应用较少[2]。
激光多普勒测振法在待测物体振动方向随机改变时，由于差频都为正值，故不能确定振动方向。
激光三角法测振对探测器的灵敏度要求较高，且受透镜焦距的影响，对测量距离较远的低频振动无法测量[2]。
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。
毕业设计论文——激光散斑测物体位移
武汉轻工大学毕业设计（论文）论文题目：基于激光散斑进行位移测量院系: 电气与电子工程学院学号: 101204222姓名: 王斌专业: 电子信息科学与技术指导老师: 李丹二零一四年五月摘要用散斑法测量无题的位移、应变、振动、等是散斑法在实验力学中的主要应用之一。
这种测量方法不但有非接触的优点，而且可以测量面内及离面的位移。
物体表面以及内部的应变、比较圆满地解决振动与瞬变的问题。
本文主要介绍了散斑测量技术的发展情况，对激光散斑的特性进行了系统的分析。
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。
最后,对以上两种测量法的特点和测量误差产生的原因都作了简单的分析和比较。
关键词：激光散斑；位移测量；数字图像处理；位移散斑图AbstractOne main application of the speckle measurement method in experimental mechanics is to measure the displacement, strain, vibration and so on. This method can not only processed non-contact measurement, but also can measure the in-plane or out-plane displacement and transient. In this paper, we introduced the development of speckle measurement technique, and systemically analyzed the characters of speckle.The laser speckle based on holography is of great practical value and can measure micro-displacement. In surface micro-displacement is focused on in this paper. The two laser speckle patterns are respectively shot before and after the object is moved. Digital speckle correlation method and speckle photography are used to measure a small displacement moved along x or y axle. The above two methods are compared at the end of the paper.Keywords:laser speckle; displacement measurement; digital image process; displacement of speckle pattern目录第1章绪论............................................1.1课题研究的背景和意义..............................1.2激光散斑测量方法的应用............................ 第2章激光散斑测量的基本理论...........................2.1激光散斑的基本概念................................2.2散斑的成因及类型..................................2.2.1散斑的成因2.2.2散斑的类型2.3激光散斑光强分布的相关函数的概念..................2.3.1自相关函数.....................................2.3.2两个散斑场光强分布的互相关函数第3章激光散斑测量方法3.1激光散斑位移测量..................................3.1.1 散斑照相法3.1.2 激光散斑数字相关3.2 测量微小位移实验系统3.2.1 实验内容3.2.2 设计方法3.2.3 数据处理及心得结论................................................. 致谢................................................. 参考文献.................................................武汉轻工大学本科毕业设计（论文）第1章绪论1.1 本论文的背景和意义传感技术、计算机技术和通信技术共同构成信息技术的三大支柱。
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。
电子散斑干涉测量
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 采集的散斑图象在某一距离处的观察平面上可以看到大大小小的亮斑分布在几乎全暗的背景上，当沿光路方向移动观察面时这些亮斑会发生大小的变化，如果设法改变激光照在玻璃面上的面积，散斑的大小也会发生变化。
由于这些散斑的大小是不一致的，因此这里所谓的大小是指其统计平均值。
电子散斑干涉技术在小试件无损检测中的应用研究
实际工程材料及构件 ， 又可以现场给 出全场的位 移。在无损检测领域获得越来越 多的重视。国
内外都投入 了相当的力量研究它。 随着微电子学和计算机技术等现代科学 技
术的飞速发展 ， 无损检测诊断技术也得到迅速发 展。它涉及的领域不仅局 限于无损检测和试验 ， 还涉及到材料的物理性质、 制造工艺、 产品设计 、 断裂力学、 数据处理、 模式识别 等多种学科 和专 业技术领域。各种无损检测诊 断方法 的原理几 乎涉及到现代物理学的各个分支。据统计 ， 已经 应用于工业现场 的各种无损检 测诊断方法已达 ７ 余种 。特别 是激 光、 Ｏ 红外、 微波、 超声、 声发
中图分类号 ：Ｎ ４ Ｔ ２７ 文献标识码 ： Ａ
以激光为光源 的全光无损检测是一种全新
１ 引言
无损检测诊 断技术是一 门新型 的综合性应 用学科。它是在不损伤被检测对象 的条件下 ， 利 用材料内部结构异常或存在缺陷所引起 的对热 、
的检测 （ 断 ） 诊 方法 ， 由于 Ｅ Ｐ 既 可直 接应 用 于 ＳＩ
切无 损检测 技术 （ 方法 ） 可 列入 “ 常 规 ” 损 均 非 无
射、 工业 Ｃ ， Ｔ 工业内窥镜等无损检测诊断方法越
来越 被人们 重视 。 源自本文选用具 有较好光洁度 的小型试样作为 研究对象 ， Ｅ Ｐ 装置对小型试样作无损检测， 用 ＳＩ
实现了光洁试样表 面微小裂纹检测。
检测技术范畴。据美国国家航空航天局（ Ａ Ａ Ｎ Ｓ） 的统计， 前约有 ７ 余种 Ｎ Ｔ或 Ｎ Ｅ技术 （ 目 Ｏ Ｄ Ｄ 方 法） 。其中发展较快 、 应用较 多的是激光 、 红外 、 微波 Ｎ Ｔ这三种新的无损检测技术 （ Ｄ 方法） …。
同时 由于现代 非 常规无 损 检测 技术 的发展 ，
电子散斑
实验十一电子散斑一、实验目的1.加深理解散斑照相的基本原理；2.学会拍摄散斑图及其再现处理。
二、实验原理1.散斑当用激光束照亮物体表面时，物体上的各点对激光进行散射，由于激光的相干性，散射光在周围空间某点上的光强取决于物体各点散射到此点的光振动干涉的结果。
又因物体表面的不规则性，造成了物体周围空间各点光强的起伏变化，在空间暗的背景上形成了许多形状、大小无规则分布的颗粒，我们把这种颗粒斑称为散斑，即散斑是无规则波前的干涉图样。
在全息照相技术中，散斑是作为噪声来对待的，后来人们发现散斑场可作为信息的载体，并应用于干涉计量和图像处理等许多方面。
2.散斑照相散斑是无规则波前的干涉图样，可作为信息载体，随着散斑照相技术的发展，在机械形变、位移、医学、天文和图像处理等许多领域中得到了广泛地应用。
散斑照相可分两步进行，第一步是拍摄散斑图，其光路示意图如图1所示：第二步是散斑图的再现，通常有两种方法，一是全场分析法，应用傅里叶变换透镜，在后面的焦平面上观察散斑图的频谱分布；另一种是逐点分析法，是一束细激光束照射经二次曝光的散斑底片，在其后距离为L 处平行放置一个观察屏，从屏上看到的只是一个小区域的频谱，把位移前和位移后的两个散斑对看成杨氏干涉中的两个相干光源，因此，在距离散斑底片L 处的观察屏上看到杨氏条纹，见图2。
三、实验内容1.拍摄计算位移量的散斑图；2．暗房中完成显影和定影；3.计算位移量采用聚焦法测量物体的面内位移，对拍摄的经显影定影后的散斑底片进行逐点法再现。
在距离散斑底片L 处的屏上产生杨氏条纹，通过对杨氏条纹的测试，并利用公式：S Lu λ=其中 u:位移量 S ：条纹间距 λ：波长可计算出物体面内位移量，其位移量方向与条纹方向垂直。