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為力學(xué)實(shí)驗(yàn)室儀器而生
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語言
為力學(xué)實(shí)驗(yàn)室儀器而生
剪切電子散斑干涉術(shù)是一種測(cè)量離面位移導(dǎo)數(shù)場(chǎng)的激光干涉測(cè)量新技術(shù)。除了電子散斑干涉術(shù)（ESPI，Electronic Speckle Pattern Interferometry）的許多優(yōu)點(diǎn)外，還有光路簡單，對(duì)測(cè)量環(huán)境要求低等特點(diǎn)。由于剪切電子散斑干涉是測(cè)量位移導(dǎo)數(shù)，因此，在自動(dòng)消除剛體位移的同時(shí)對(duì)于缺陷受載的應(yīng)變集中十分靈敏。因此被廣泛地應(yīng)用于無損檢測(cè)（NDT，nondestructive testina）領(lǐng)域。該儀器使用大功率綠色半導(dǎo)體激光器作光源，配備電子散斑條紋實(shí)時(shí)處理軟件，操作方便，便于攜帶，可用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。采用相移技術(shù)分析條紋，可獲得離面位移導(dǎo)數(shù)場(chǎng)的全場(chǎng)數(shù)據(jù)。
主要技術(shù)指標(biāo)∶
1.光源∶半導(dǎo)體激光器，功率20mW，波長532nm
2.定焦鏡頭∶C接口，配進(jìn)口25mm定焦鏡頭
3.相機(jī)∶1280×1024 USB攝像頭
4.工作距離∶400~1000mm
5.光學(xué)平臺(tái)∶1200mm X800mm
6.圖像采集分辨率∶1280×1024
7.剪切角∶0° ±5°連續(xù)可調(diào)
8.軟件∶ 條紋實(shí)時(shí)顯示，圖像處理
9.演示試件∶圓盤受均布載荷
10.條紋分辨率∶1/20級(jí)條紋（13.3nm）
主要配置∶
主機(jī)∶ 1臺(tái)
25mm定焦鏡頭∶1個(gè)
20mW半導(dǎo)體激光器∶1臺(tái)
1200mmX800mm 光學(xué)平臺(tái)：1套
相移控制器∶1套
圓盤受均布載荷試件∶1套
電腦∶1臺(tái)
圖像采集及處理軟件∶1套
原理示意：
剪切散斑的基本原理是散斑照相和剪切機(jī)理的結(jié)合，它是在散斑照相的基礎(chǔ)上，通過不同的錯(cuò)位元件，把單光束散斑變?yōu)殡p光束散斑，因而它具有雙光束散斑的特性，即原始波面與錯(cuò)位的波面之間將產(chǎn)生干涉。
離面位移梯度測(cè)量原理如圖2所示，物體A的散斑場(chǎng)經(jīng)過小剪切棱鏡、偏振片和CCD的物鏡，在CCD攝像機(jī)的靶面上形成兩幅錯(cuò)位量為Δ的像，并在CCD靶面上相干涉。
使用方法：
用均勻的白光作為光源照射在被測(cè)物表面，為了便于觀察，可將標(biāo)定紙(圖示帶有“十”字的卡片)貼在被測(cè)物表面，在計(jì)算機(jī)顯示屏上觀察并同時(shí)調(diào)節(jié)物距使成像清晰，如圖示在錯(cuò)位棱鏡的光路中十字形錯(cuò)開成兩個(gè)像。
將白光光源關(guān)閉，打開激光器電源使得其出光。調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡，使光均勻擴(kuò)散在試件表面，將貼在試件上的標(biāo)定紙拿下，分別采集變形前后干涉圖像并實(shí)時(shí)相減，即可獲得全場(chǎng)離面位移導(dǎo)數(shù)圖像。
實(shí)驗(yàn)案例：鋁蜂窩板激光散斑檢測(cè)實(shí)驗(yàn)
本次實(shí)驗(yàn)用的蜂窩板是鋁蜂窩板，先后買了厚度為17.45mm和8.5mm的蜂窩板，14.5mm厚的鋁蜂窩板尺寸大小為：長(150mm);寬(100mm)，外邊已鑲好。8.5mm厚的鋁蜂窩板尺寸大小為：長(250mm);寬(200mm)，外邊未鑲。如圖：
實(shí)驗(yàn)步驟：
1.調(diào)整儀器設(shè)備至正常工作狀態(tài);
2.將蜂窩夾芯板固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后完整覆蓋夾芯板，調(diào)整剪切散斑位置，使CCD視野清晰并完整覆蓋夾芯板;
3.采用熱加載的方式，熱源為大功率電吹風(fēng)，加熱使蜂窩板產(chǎn)生離面微變形;
4.在室溫下自然冷卻，冷卻過程中采集散斑干涉條紋圖。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
1、14.5mm厚鋁蜂窩板實(shí)驗(yàn)結(jié)果
可以看出，缺陷部位并沒有被測(cè)試出來。由此可分析可能由于此蜂窩板太厚，或蜂窩紙與鋁板連接的膠水太薄，導(dǎo)致即使去除了蜂窩紙與鋁板的連接，影響結(jié)果也不是很大。故實(shí)驗(yàn)結(jié)果不明顯。
2、8.5mm厚鋁蜂窩板實(shí)驗(yàn)結(jié)果
(1)在圖示部位給蜂窩板制造出長為33mm的缺陷，測(cè)得的圖形為：
(2)在圖示部位給蜂窩板制造出48mm的缺陷，測(cè)得的圖形為：
經(jīng)過這兩種試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，對(duì)于厚度較薄的蜂窩板，實(shí)驗(yàn)效果明顯可見。
注:要想能夠順利檢測(cè)出待測(cè)物的缺陷，要滿足加載后(機(jī)械、熱、高音頻或真空加載)材料不僅能夠產(chǎn)生離面位移，而且缺陷兩側(cè)材料要能夠產(chǎn)生不同的程度地離面位移，才能檢測(cè)出缺陷的部位，大小。
應(yīng)用范圍
一般表面變形測(cè)量;離面位移測(cè)量;面內(nèi)應(yīng)變測(cè)量;殘余應(yīng)力測(cè)量;缺陷檢測(cè);密封情況評(píng)估;氣體泄漏探測(cè)……
