应用技术篇-光学计量技术-光信息存储技术电子教案课件.ppt

应用技术篇应用技术篇1：光学计量技术光学计量技术-9.1全息干涉计量第第9.1节节 全息干涉计量术全息干涉计量术光学计量技术 概述概述普通干涉法普通干涉法缺点缺点 测量精度有限，测量精度有限，系统误差大，系统误差大，最高达最高达 几十几十几十几十 m m m m分振幅法分振幅法迈克尔孙干涉仪法布里泊罗干涉仪分波阵面法分波阵面法双棱镜干涉双缝干涉 用时间分割法获得相干光 对系统本身的依赖性小，系统误差小 测量精度高，达波长量级，几百 n m 精度提高2个数量级全息干涉法全息干涉法全息干涉计量术 *全息干涉计量术 关于关于莫尔现象莫尔现象莫尔现象莫尔现象 两套空间频率很接两套空间频率很接近的条纹结构叠合在近的条纹结构叠合在一起，可以产生一套一起，可以产生一套新生的条纹，这种现新生的条纹，这种现象称为象称为莫尔现象莫尔现象莫尔现象莫尔现象 两套两套条纹频率相近，方位角相同条纹频率相近，方位角相同时时 莫尔条纹莫尔条纹莫尔条纹莫尔条纹的结构遵循一定规律的结构遵循一定规律 产生产生莫尔现象莫尔现象莫尔现象莫尔现象的条件的条件 两套两套条纹频率相同，方位角不同时条纹频率相同，方位角不同时 两套两套条纹条纹形状略有差异形状略有差异时时全息干涉计量术 二次曝光法二次曝光法在同一张全息干板上曝光两次，拍摄两张菲涅耳全息图在同一张全息干板上曝光两次，拍摄两张菲涅耳全息图 第一次曝光第一次曝光 拍摄被测目标拍摄被测目标变化前变化前的状态的状态 第二次曝光第二次曝光 拍摄被测目标拍摄被测目标变化后变化后的状态的状态例如例如 刚体刚体受压受压前后前后 用于测量材料的用于测量材料的力学特性力学特性 物体物体加热加热前后前后 用于测量材料的用于测量材料的热学特性热学特性 物体物体运动运动前后前后 用于测量流体的用于测量流体的运动特性运动特性 等等等等全息干涉计量术 一、二次曝光法 原理概述原理概述 菲涅耳全息图记录了菲涅耳全息图记录了物光波物光波和和参考光波参考光波的的干涉条纹干涉条纹干涉条纹干涉条纹 物体发生变化前后的物体发生变化前后的位相位相会发生变化会发生变化 物光波位相的微小变化导致全息图记录的物光波位相的微小变化导致全息图记录的干涉条纹干涉条纹干涉条纹干涉条纹的的 疏密、形状疏密、形状发生改变发生改变 变化前、后两套变化前、后两套干涉条纹干涉条纹有有微小差别微小差别，记录于同一张，记录于同一张 菲涅耳全息图上，产生菲涅耳全息图上，产生莫尔条纹莫尔条纹 由由莫尔条纹莫尔条纹莫尔条纹莫尔条纹的结构，推算出的结构，推算出物体变化的微小量物体变化的微小量*如：桥梁、建筑、机床材料刚度的测量；如：桥梁、建筑、机床材料刚度的测量；飞船外壳力学特性的测量；飞船外壳力学特性的测量；地应力的测量用于地震预报，地应力的测量用于地震预报，et al应用举例应用举例(1)全息干涉计量术 一、二次曝光法 全息光弹技术全息光弹技术 应力场分析应力场分析郑州黄河大桥郑州黄河大桥To p33To p33上海金茂大厦高度：420.5米地上88层地下3层建于1999年加压前、加压后分两次曝光加压前、加压后分两次曝光在同一张全息干板上在同一张全息干板上记录两张菲涅耳全息图记录两张菲涅耳全息图待测材料待测材料样品样品H测量步骤测量步骤加加压压再现照明光再现时出现再现时出现莫尔条纹莫尔条纹体现应力场分布体现应力场分布全息干涉计量术 一、二次曝光法 飞机轮胎内气泡的测量飞机轮胎内气泡的测量发动机汽缸裂缝焊接质量的检测发动机汽缸裂缝焊接质量的检测焊焊缝缝有有虚虚焊焊焊焊焊焊接接接接质质质质量量量量好好好好加热前后二次曝光加热前后二次曝光正常状态非正常状态病病灶灶怀怀疑疑区区域域乳腺癌的早期诊断乳腺癌的早期诊断HROLaser记录记录蘑菇生长速度的检测蘑菇生长速度的检测HRO再现再现蘑菇生长速度的检测蘑菇生长速度的检测全息干涉计量术 一次曝光法一次曝光法 又称：又称：实时检测法实时检测法 制作一张物体变化前的菲涅耳全息图制作一张物体变化前的菲涅耳全息图 全息图精确复位全息图精确复位 物体变化过程中观察物体变化过程中观察莫尔条纹莫尔条纹的变化情况的变化情况 计算物体的变化量计算物体的变化量步骤全息干涉计量术 二、一次曝光法 应用举例应用举例ROH 实时监测植物生长的速度实时监测植物生长的速度 光学元件表面加工质量的实时检测光学元件表面加工质量的实时检测 光学元件内部折射率分布的实时检测光学元件内部折射率分布的实时检测观察莫尔条纹的增加速度，判断 相应的变化全息干涉计量术 时间平均法时间平均法 工程技术中遇到许多难解的实际问题工程技术中遇到许多难解的实际问题 例如：例如：要求测量物体的振动特性要求测量物体的振动特性 研究材料的耐用性研究材料的耐用性 测量机床的振动特性测量机床的振动特性 测量桥梁的振动特性测量桥梁的振动特性 测量飞机螺旋桨的振动特性测量飞机螺旋桨的振动特性 寻找噪声源寻找噪声源 测量发动机的振动特性测量发动机的振动特性 研究音色、音域研究音色、音域 测量乐器的振动特性测量乐器的振动特性 等等等等全息干涉计量术 时间平均法 原理概述原理概述 拍摄振动物体的菲涅耳全息图拍摄振动物体的菲涅耳全息图 要求：要求：曝光时间曝光时间 振动周期振动周期 全息图上包含无穷多个全息图的重叠全息图上包含无穷多个全息图的重叠问题是问题是这种全息图能获得再现像吗？这种全息图能获得再现像吗？全息干涉计量术 时间平均法 由全息图上明暗条纹的分布状况，可进行由全息图上明暗条纹的分布状况，可进行振型分析振型分析研究研究振动物体的振动规律振动物体的振动规律和和全息原理全息原理可知：可知：振动物体内部的振动物体内部的振型振型更多是以更多是以驻波驻波的形式存在的的形式存在的 某些物点的振幅很大，构成某些物点的振幅很大，构成波腹波腹波腹波腹 某些物点的振幅为零，构成某些物点的振幅为零，构成波节波节波节波节 记录记录腹点腹点的全息图再现像可见度为的全息图再现像可见度为零零 记录记录节点节点的全息图再现像可见度为的全息图再现像可见度为最大最大 腹点连线腹点连线构成全息图再现像上的构成全息图再现像上的暗条纹暗条纹暗条纹暗条纹 节点连线节点连线构成全息图再现像上的构成全息图再现像上的亮条纹亮条纹亮条纹亮条纹全息干涉计量术 时间平均法 应用举例应用举例 机床振型分析：机床振型分析：机床振型分析：机床振型分析：条纹密处是容易损坏的部位条纹密处是容易损坏的部位 汽车发动机振型分析：汽车发动机振型分析：汽车发动机振型分析：汽车发动机振型分析：条纹密处是噪声源条纹密处是噪声源 编钟振型分析：编钟振型分析：编钟振型分析：编钟振型分析：研究其音域、音色研究其音域、音色 检测复制品的质量检测复制品的质量（编钟）（编钟）操作手电钻工人的振动分析：操作手电钻工人的振动分析：操作手电钻工人的振动分析：操作手电钻工人的振动分析：检测操作工的受振部位，研究劳保待遇问题检测操作工的受振部位，研究劳保待遇问题 end飞行子弹速度的测定To 17To 17扬声器的振动特性实验结果照片梯度透镜折射率分布干涉图透镜直径 1.8mm透镜厚度 d100m铊离子Tl钠离子Nan0 x梯度棒离子交换器透镜焦距 f几至几十 mmTo p23