第11卷第4期 大学物理实验 Vol 11 No 4 1998年12月出版 PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE Dec.1998 利用全息计量法测微小位移 刘立钢 (吉林市职工大学,吉林,132000) 摘要介绍了全息法测微小位移方法之一即二次曝光法 关键词全息法;微小位移 在现代光测中,全息法测微小位移是常用的方法之一。它又分为时实法和二次曝光 法。本文仅就后一种方法做一简单介绍。二次曝光法即在同一底片上对被测弹性物体受 力前后的信息全部记录下来。底片经冲洗后在原参考照射下再现时,因物体形变前后的 光波相位有差异,所以形成干涉条纹,利用这些干涉条纹图,就可以计量被测物体各点的 位移和形变 利用激光进行摄影既能记录光波振幅的信息,又能记录光波的相位信息。即全息照 相能记录光波的全部信息。下面分别介绍全息图的摄前和用全息法对微小位移的计量。 1全息图的摄前 11波前记录 如图1所示,将两束扩束后的激光,一束直接射在平板H上,此来激光叫参考光, 束光激光经被摄物体表面反射后,到达平板H处,此束激光叫物光。物光与参考光在平 板H上相千,产生干涉条纹,这些干涉条纹就是全息图,它记录了包括物光的振幅和相位 的全部信息。 1.2波前F现 擦明方 1光路图 2样品图 图3观察图 收稿日期:1998-08-04 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved
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冲洗后的全息图上的干涉条纹起着无数个微观光栅的作用,当用与拍摄时相同的参 考光照射时,参考光将在光栅上发生衍射而再现出拍摄时的物光波前,这样即可观察到原 物不失真的立体像 2全息法对微小位移的计量 全息法测量微小位移在实际应用中具体方法很多,在实验室中较为常用的有时实法 和二次曝光法等。在这里仅介绍利用二次曝光法对物体在受力时各点微小形变的计量 两次曝光法是利用全息图的可重迭性用同一参考光在同一张底片上对被测物体在 位移前后进行两次曝光。由于全息底片可将物体位移前后的全部信息都记录下来,底片 冲洗后按原光路系统再现时,则会同时出现物体位移前后的两个物光,由于它们的相位有 一定的差异,故在相汇处会发生干涉,形成干涉条纹,利用这些条纹可计量物体的位移或 形变量 我们的实验样品是一长方形平板底部用台钳固定(如图2所示)。在受力前板上各点 的坐标(X(O,Z)现对方形板沿Y轴方向施加力的作用,使板发生形变。由于板下部固 定不动,只要力是沿Y方向,则受力后板上各点的(X,Y)坐标不会发生变化,而形变后 各点的Y坐标即为该点离面位移即形变。对方形板上的各点,Y=f(X,Z)即板上不同 点(X,Z)对应不同的形变Y,利用全息照相的方法将形变前后的方形板在同一参考光下 用同一块底片记录下来,形成全息图底处冲洗后在原参考光照射下,可同时再现出方形板 形变前后的像在物光中可观察到方形板的虑像,但由于方形板上各点形变很小(在0- 几十微米)故肉眼无法分辨,而只参在方形板上观察到一系列明暗相同的干涉条纹(照片 1-~4为在不同作用力作用下方形板的二次曝光图,是用普通照相方法反拍而成的,这些 祭纹的明暗和级数是由上的形变所决定的。为了计算及分板方便,在拍摄时一采用照明 方向,观察方向与位移(Y轴)方向重合(如图3所示)设P(X,O,Z)为受力前方形板上 一点的位置,受力后该点位置变化到P像点的再现物光有一定的光程差,这样就形成 干涉,如图3中PP的再现,物光光程差的2Y,由干涉加强减弱条件得到Y方向上的位 移同条纹级数N的关系为 Y=N/2亮纹N=(0,1,2…) (1) Y=(2N+1)/4暗纹N=(0,1,2……) (2) 关于N的确定方法,由(1)式可知,N=0,Y=0即在方形板上不动部分为第ⅴ级亮 纹对方形板来说台钳固定的部分为第0级亮级,并且由下到上,方形板的形变是连续的 故相邻的亮纹(或暗纹)的级数相差为一级,位移相差λ/2,在实际测量中,方形板上某点 所在亮纹(或暗纹)数起一直数到该点的级数确定了N后利用(1)式即可确定该点的位 移。如A、B两点分别在第十级暗纹和第3级亮纹中,和(1)式即可求得A点受力前后 的位移为 Y=2×10+1x=2x B点位移为 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved
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在摄到全息图时,所用激光的波长A=328A则Y=332×10-6m=3.32pm,Y= 0.95m,可以在能分辩出条纹级数的情况下,计算出任一个照片中任一点的形变大小。 参考文献 〔1〕姚启钧著光学教程 〔2)张如一主编实验应力分析 〔3〕(美)杨振环著光学信息处理 CALCULATING MICROMOTION USING HOLOGRAPHIC METHOD (The Workers University of Jilin City) AbstractOne of the regular methods in calculating micromoion using holography--the method of sec. ndary exposure is introduced briefly. Keywords holography i micromotion 上接4页) 定的实际意义。 参考文献 1〕汤世贤编著微波测量国际工业出版社,1983 〔2)沈致远著微波技术国际工业出版社,1982 THE MEASUREMENT AND APPLICATION OF THE AMOUNT OF DECAY OF MICROWAVES Qingdao Ocean University, Qingdao, 266003) ract Moisture content in meat can be measured by measuring the amount of decay of microwaves. The be introduced to the modern physical experiment. Keywords the amount of decay of microwaves;insertion loss 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved
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