激光干涉测量技术合肥工业大学.ppt

三、电子散斑干涉测量技术（ESPI） ESPI：主要相对于传统光学记录方式而言， 主要指CCD采集的 散斑场信息，这样可以进行电子处理或者计算机处理。 ESPI的特点： 电子技术提取信息，可以直接显示和保存散斑 图， 操作简单、实用性强，自动化程度高、可以进行静动态 测量，不需要复杂的显影、定影及复定位技术要求 普通散斑技术的特点： 与全息类似，需要干板记录，条纹的计 数和判向与传统干涉类似， 但可以测量较粗糙的表面 基本原理 if A 0 = a 1 e jφ 1 A r = a 2 e jφ 2 CCD light intensity : I = a 1 2 + a 2 2 + 2a 1 a 2 cos(φ 1 - φ 2 ) if Α 0 = a 1 e j(φ 1 +Δφ) I = a 1 2 + a 2 2 + 2a 1 a 2 cos(φ 1 - φ 2 + Δφ) 当Δφ=2kπ，光强不变 当Δφ=(2k+1)π，光强变化 最剧烈 其他, 变化程度与Δφ有关 CCD感受的光强为参考 光的余弦调制 基本原理 ESPI处理: 一般图像间相减,其结果: Δ I = 2a 1 a 2 [ cos(φ 1 - φ 2 ) - cos( φ 1 - φ 2 + Δφ )] 相减后, 光强分布仍然是Δφ的余弦分布函数, 即干涉 条纹与Δφ有关, 这种条纹反映出的是两次散斑干 涉间的光强分布之间的相关性, 称为相关条文 由于Δφ,与光程有关, 反应出的是物面的变形或位移 的多少 四、散斑干涉测量技术的应用 1.测量表面粗糙度 2.测量内孔的表面质量 § 2.5 激光光纤干涉测量系统 一、 基本概念 光纤:光导纤维简称 材料:玻璃-纤芯及包层为玻璃 胶套硅光纤-芯玻璃包层塑料 纤 包 保护 塑料-均为塑料 芯 层 套 类型: 阶越式 梯度型 光纤特点: 1.传输频带宽、通讯容量大 3.不受电磁波/环境光干扰 5. 抗化学腐蚀 2.信号损耗低 4.线径细、重量轻 5. 可弯曲 稳定 对比光学器件组成的系统,光纤测量系统的优势: 项目 灵敏 传统光学系统 小,精度低 光纤测量系统 大,精度高 度 一般, 易受环境影响 好,不受大气、电磁影响 性 操作 性 体积 较差，可调点多 结构复杂，光路复 杂，体积大 好，可调点少，仅调节物光束 结构简单，体积小，重量轻， 光路简单， 应用：航空/航天 石油化工/采矿业 图像传输计算机网络 传感器等 医疗 通讯 二、主要常用的光纤干涉仪结构型式 主要型式： 1. 迈克耳逊（Michelson）光纤干涉仪 2. 马赫-泽德（Mach-Zehnder）光纤干涉仪 3. 萨格奈克(Sagnac)光纤干涉仪 4. 法布里-珀罗(Fabry-Perot)光纤干涉仪 1. 迈克耳逊（Michelson）光纤干涉仪 优点: 结构简单,抗干扰, 体积 小, 稳定性好, 可和激光 集成,光可能返回激光器, 要求激光高度稳定 应用: 点测量 振动,位移,应变,温度等 2. 马赫-泽德（Mach-Zehnder）光纤干涉仪 特点: 无返回光,不影响激光 输出自动正余函数便于 细分 应用: 测量位移 高电压 大电流 磁场 应力等 3.萨格奈克(Sagnac)光纤干涉仪 光纤陀螺,测量角速度: 由Doppler效应知: V = rω Clockwise : fc = c λ c = c - rω λ \ λ c = cλ c - rω Phase at Detector Δφ c = 2π λ c 2πrN = 4π 2 rN cλ (c - rω) Anti - clockwise : Δφ a = 2π λ c 2πrN = 4π 2 rN cλ (c + rω) \Δφ = Δφ a - Δφ c = 8π 2 r 2 Nω cλ 4. 法布里-珀罗(Fabry-Perot)光纤干涉仪 又称:F-P干涉仪 特点: 多光束干涉, 高灵敏度 用途: 波长的精密测量 光谱线精细结构的研究 其间隔固定不变——法布里-珀罗标 准具 其间隔可以改变——法布里-珀罗干 涉仪 三、 光纤干涉仪应用 1.F-P干涉仪分析气体成分 2.光纤干涉测长 准白光干涉 3.光纤干涉仪测量温度、压力 4.光纤陀螺 特点： 灵敏度高可达0.02 o/h 质量轻,体积小,成本低 结构紧凑,可作为制导、 导航用。 § 2.5 激光多波长干涉测量系统 传统干涉仪: 1) 需要导轨,计时从始态到终态全部过程,中间不允 许掉电. 2) 计数时间长,测量长度较