电子散斑ESPI实验指导书离面位移.doc

电子散斑干涉术（ESPI）测量物体离面位移 (2学时，每次实验12人) 实验目的 了解和掌握ESPI测量物体离面位移的方法和技术； 学会用ESPI测试周边固支圆板的离面位移。 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。 B1：分光镜 B2：半透半反镜 M：反射镜 L1：扩束镜 L2：成像透镜 图1 电子散斑干涉术光路图 ESPI的基本原理 电子散斑干涉术对物体离面位移测量比较敏感。由激光器发出的单束光经分光镜分成物光和参考光。这两束光相互干涉，形成合成光强。 物光的光强分布： 其中是光波的振幅，是经物体漫射后的物体光波的相位。 参考光的光强分布： 两束光的合成光强为： 。 当物体发生变形后，物体表面各点的散斑场振幅基本不变，而相位改变为，既，变形前后的参考光波维持不变。这样，产生位移后的合成光强为： 。 对变形前后的两个光强相减处理： 可见，得到的光强包含有高频载波项和低频条纹。该低频条纹取决于物体变形引起的光波相位改变。当时，=0，及出现暗条纹。 由光波相位改变与物体变形的关系： 其中λ是所用激光波长，θ是照明光与物体表面法线的夹角，d1是物体变形的离面位移，d2是物体变形的面内方向位移。在照明角度较小的情况下，既cosθ≈1，sinθ≈0，相位变化可简化为： 当=2kπ（出现暗条纹）时， 即，黑条纹处的离面位移是半波长的整数倍。 实验步骤 按图1摆好光路。调整光路时要求物光光程和参考光光程近似相等；光强大致相等。并且要求挡住参考光时，物光的成像要清楚，得到的散斑场要均匀，不能有特别亮的地方。而且，所拍的图像要求包括一定的试件边缘。 把万用表的正负极连在试件上的传感器上。 打开采图软件（如图2所示），点击工具栏中Capture Image，弹出一个实时监控的窗口。 预实验。点击窗口中的Real Time按钮，施加一定气压，软件开始连续采集散斑图，并自动把每一幅散斑图都和第一幅进行相减处理，形成的条纹图显示在窗口中。要求形成清晰的条纹图。 开始做实验。在初始状态时，点击Real Time按钮后，开始施加气压，当监测到一幅清晰的条纹图时，再按Real Time钮，使之弹起，固定条纹图。同时，读出万用表的压差Δq值。然后把条纹图保存起来（*.bmp文件）。 图2 ESPI测量离面位移的软件操作窗口 实验结果分析处理 实验参数记录及数据处理 氦氖激光 波长λ 铝箔试件 尺寸 铝箔材料 常数 中心点离 面位移d1 压差Δq 632.8nm t= μ=0.34 d1=kλ/2 r= E=70GPa 实验报告要求 求试件中心点的离面位移d1。 另外，利用测得的压差Δq，根据周边固支的圆板的挠度公式： 从理论上求出值，与测试值d1相比，求出两者的误差。 1