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為力學(xué)實(shí)驗室儀器而生
剪切電子散斑干涉術(shù)是一種測量離面位移導數場(chǎng)的激光干涉測量新技術(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(jiǎn)單,對測量環(huán)境要求低等特點(diǎn)。由于剪切電子散斑干涉是測量位移導數,因此,在自動(dòng)消除剛體位移的同時(shí)對于缺陷受載的應變集中十分靈敏。因此被廣泛地應用于無(wú)損檢測(NDT,nondestructive testina)領(lǐng)域。該儀器使用大功率綠色半導體激光器作光源,配備電子散斑條紋實(shí)時(shí)處理軟件,操作方便,便于攜帶,可用于現場(chǎng)測量。采用相移技術(shù)分析條紋,可獲得離面位移導數場(chǎng)的全場(chǎng)數據。
主要技術(shù)指標∶
1.光源∶半導體激光器,功率20mW,波長(cháng)532nm
2.定焦鏡頭∶C接口,配進(jìn)口25mm定焦鏡頭
3.相機∶1280×1024 USB攝像頭
4.工作距離∶400~1000mm
5.光學(xué)平臺∶1200mm X800mm
6.圖像采集分辨率∶1280×1024
7.剪切角∶0° ±5°連續可調
8.軟件∶ 條紋實(shí)時(shí)顯示,圖像處理
9.演示試件∶圓盤(pán)受均布載荷
10.條紋分辨率∶1/20級條紋(13.3nm)
主要配置∶
主機∶ 1臺
25mm定焦鏡頭∶1個(gè)
20mW半導體激光器∶1臺
1200mmX800mm 光學(xué)平臺:1套
相移控制器∶1套
圓盤(pán)受均布載荷試件∶1套
電腦∶1臺
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理的結合,它是在散斑照相的基礎上,通過(guò)不同的錯位元件,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,即原始波面與錯位的波面之間將產(chǎn)生干涉。
離面位移梯度測量原理如圖2所示,物體A的散斑場(chǎng)經(jīng)過(guò)小剪切棱鏡、偏振片和CCD的物鏡,在CCD攝像機的靶面上形成兩幅錯位量為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物表面,為了便于觀(guān)察,可將標定紙(圖示帶有“十”字的卡片)貼在被測物表面,在計算機顯示屏上觀(guān)察并同時(shí)調節物距使成像清晰,如圖示在錯位棱鏡的光路中十字形錯開(kāi)成兩個(gè)像。
將白光光源關(guān)閉,打開(kāi)激光器電源使得其出光。調節擴束鏡,使光均勻擴散在試件表面,將貼在試件上的標定紙拿下,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)離面位移導數圖像。
實(shí)驗案例:鋁蜂窩板激光散斑檢測實(shí)驗
本次實(shí)驗用的蜂窩板是鋁蜂窩板,先后買(mǎi)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(cháng)(150mm);寬(100mm),外邊已鑲好。8.5mm厚的鋁蜂窩板尺寸大小為:長(cháng)(250mm);寬(200mm),外邊未鑲。如圖:
實(shí)驗步驟:
1.調整儀器設備至正常工作狀態(tài);
2.將蜂窩夾芯板固定在實(shí)驗臺上,激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴束鏡擴束后完整覆蓋夾芯板,調整剪切散斑位置,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(guò)程中采集散斑干涉條紋圖。
實(shí)驗結果及分析
1、14.5mm厚鋁蜂窩板實(shí)驗結果
可以看出,缺陷部位并沒(méi)有被測試出來(lái)。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,導致即使去除了蜂窩紙與鋁板的連接,影響結果也不是很大。故實(shí)驗結果不明顯。
2、8.5mm厚鋁蜂窩板實(shí)驗結果
(1)在圖示部位給蜂窩板制造出長(cháng)為33mm的缺陷,測得的圖形為:
(2)在圖示部位給蜂窩板制造出48mm的缺陷,測得的圖形為:
經(jīng)過(guò)這兩種試驗結果的對比,對于厚度較薄的蜂窩板,實(shí)驗效果明顯可見(jiàn)。
注:要想能夠順利檢測出待測物的缺陷,要滿(mǎn)足加載后(機械、熱、高音頻或真空加載)材料不僅能夠產(chǎn)生離面位移,而且缺陷兩側材料要能夠產(chǎn)生不同的程度地離面位移,才能檢測出缺陷的部位,大小。
應用范圍
一般表面變形測量;離面位移測量;面內應變測量;殘余應力測量;缺陷檢測;密封情況評估;氣體泄漏探測……