散斑干涉法

实验应力分析方法

实验应力分析方法的一种。漫反射表面被激光照明时，在空间出现随机分布的亮斑和暗斑，称为散斑。散斑随物体的变形或运动而变化，就可以高度精确地检测出物体表面各点的位移。这就是散斑干涉法。

历史

激光器用于全息照相后，就发现激光形成的散斑。但它最初被认为是一种带着无用信息的特殊噪声。1969～1970年，散斑所携带的信息得到了应用，发展成为一些测试方法。例如J.A.伦德尔茨的双光束散斑干涉法，E.阿奇博尔德、J.M.伯奇和A.E.恩诺斯的单光束散斑干涉法，K.A.斯特森等人的散斑测振法。前两种属于测量变形的散斑干涉法。

原理

散斑产生条件

为使散射光均匀，粗糙表面深度必须大于波长；

入射光线相干度足够高。

散斑基本性质

散斑与均匀场相干所得散斑图与自身散斑图分布差别不大，全暗光斑较少一些。

散斑与均匀场的不相干叠加，没有全暗散斑。

两个散斑场的相干相加，散斑大小无明显变化。

两个散斑场的非相干相加，没有全暗光斑。

分类

A. 双光束散斑干涉法

在相干光照明下，把待测表面漫反射所形成的散斑场，和固定且不变形的另一表面的漫反射所形的散斑场叠加，构成一个新的散斑场。在待测表面发生变形的过程中，这个叠加而成的散斑场将发生如下变化：变形体表面沿法线方向每移动1/2波长的距离，斑的明暗变化就形成一个循环。当物体表面有不均匀的离面位移时，凡是位移为1/2波长及其整数倍的地方，散斑仍是原来的状态。变形前后斑的亮度分布的细节完全相同的区域，称为相关部分；反之，则称为不相关部分。故可以采用适当的方法，把相关部分的干涉条纹显示出来，从而了解物体表面的全场变形状况。

应用

双光束散斑干涉法用于测量板的变形和振动，用于轮胎的无损检验以及用于测量人的耳膜在各种声响下的振动等。

B. 单光束散斑干涉法

在被激光照明的物体表面以外的空间，形成随机分布的散斑场。分布在空间的散斑，称为客观散斑；通过透镜成象而记录在平面上的散斑，称为主观散斑。物体发生微小变形，散斑也随之发生变化，它们之间有着确定的关系。把物体表面变形前后所形成的两个散斑图，记录在同一张底片。底片上的每个小区域，和物体表面的小区域一一对应；当此区域足够小时，在底片上对应的小区域内的两个散斑图几乎完全相同，只是错动了一个与物体表面位移有关的小的距离。这时各个斑点都成对出现。其错动的距离和方位，代表所对应的物体表面小区域的移动。用光学信息处理的方法，对所记录的底片进行分析，就可以得到物体表面的位移或位移的微分的分布。

记录的方法，既可以直接记录客观散斑，也可以通过透镜记录主观散斑。通常采用的信息处理的方法，有逐点分析法和全场分析法两种。

应用

单光束散斑照相已广泛用来测量物体表面的平动、倾斜和应变，如孔周的应变集中，蜂窝夹层板的变形，平面问题的应变和断裂力学实验中的位移场等。利用侧向散射光所形成的散斑，可以测量透明试件内部任一截面的位移和变形。

C. 非相干光散斑法

在激光散斑干涉法的发展过程中，形成了一种非相干光散斑法，或称白光散斑法。

同激光散斑干涉法相比，非相干光散斑法有很多优点。激光散斑干涉法只能测量物体的平面部分，而非相干光散斑法却可以通过控制照相的景深，对三维物体表面进行有层次的照相，可以逐次测量三维物体各截面的位移和变形；激光散斑干涉法不能测量热变形，而且受激光器的能量限制，不便测量大面积的物体，而非相干光散斑法则没有这些限制；单光束散斑干涉法的测量灵敏度和散斑的大小有关，非相干光散斑法可以人为地控制所制作斑点的大小，使得测量灵敏度可以在较大的范围内变化。

应用

非相干光散斑法已用于测量雷达天线的热变形、大的混凝土构件的变形和裂纹尖端位移场等。

与全息干涉法的关系

和全息干涉法比较，散斑干涉法对防振要求低。双光束散斑干涉法的测量灵敏度和全息干涉法相当，单光束散斑干涉法的测量灵敏度则较低一些。用散斑干涉法比较容易获得分离的位移分量及其微分。此法的缺点是只能测量物体表面的平面部分。

将全息干涉和散斑干涉两种方法联合起来，互相补充，可以通过一张双曝光照片获得分离的三维位移分量的全场分布。

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