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1、1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)一 实验目的1 了解和掌握 ESPI 测量物体离面位移的方法和技术；2 学会用 ESPI 测试周边固支圆板的离面位移。二 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三 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
2、分布： )(exp)(rurUOO其中 是光波的振幅， 是经物体漫射后的物体光波的相位。)(ruO)(参考光的光强分布： )(exp)(ruRR两束光的合成光强为：2。)cos(2)(2 ROROuurI 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rO，既 ，变形前后的参考光波维持不变。这样，)(rO )(exp)( rurUOO 产生位移后的合成光强为：。)(cos2)(2 rurI RORO对变形前后的两个光强相减处理： 2)(sin)(sin4)(rII RR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，
3、及出现暗条纹。k2I由光波相位改变与物体变形的关系： sin)co1(22dd其中 是所用激光波长， 是照明光与物体表面法线的夹角，d 1是物体变形的离面位移，d 2是物体变形的面内方向位移。在照明角度较小的情况下，既 cos1，sin0，相位变化可简化为： 14d当 =2k（出现暗条纹）时，21kd即，黑条纹处的离面位移是半波长的整数倍。四 实验步骤1 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。2 把万用表的正负极连在试件上的传感器上。3
4、 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。34 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。5 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 q 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五 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 铝箔试件尺寸铝箔材料常数中心点离面位移 d1 压差 q632.8nm t= =0.34 d1=k/2r= E=70GPa六 实验报告要求1 求试件中心点的离面位移 d1。42 另外，利用测得的压差 q，根据周边固支的圆板的挠度公式： 342max16)(3Etqrw从理论上求出 值，与测试值 d1相比，求出两者的误差。maxw
