鐳射散斑測量的原理及測量方法

　　鐳射散斑測量使用的一種方法是散斑干涉法☁₪，能夠測量的位移分為面內位移和離面位移☁₪，其中面內位移即在平面內發生的位移☁₪，離面位移即垂直於平面的位移·↟▩•✘。

　　一╃·、散斑的形成

　　使用被擴束後的平行光照射物塊表面☁₪，在空間出現隨機分佈的亮斑和暗斑☁₪，稱為散斑·↟▩•✘。散斑隨銅塊的變形或運動而變化·↟▩•✘。在距離物體為Z的位置散斑的縱向和橫向尺寸分別為a和b☁₪，其中尺寸大小與鐳射波長╃·、照明面積D和距離Z有關·↟▩•✘。在距離物體為Z處散斑縱向和橫向尺寸·↟▩•✘。其中☁₪，D為照明區直徑☁₪，λ為鐳射的波長·↟▩•✘。

　　二╃·、測量面內位移

　　在物體形變前用ccd(類似於手機攝像頭的感光晶片☁₪，一種影像採集裝置)或全息幹板(類似膠捲相機的底片)對散斑影象進行一次記錄☁₪，當物體受載後產生位移☁₪，在原位置進行第二次記錄☁₪，將兩次影象相加☁₪，如果兩個散斑場面內的相對位移量大於散斑的橫向尺寸☁₪，則在相加後圖像將形成“雙孔”結構·↟▩•✘。它們和兩次記錄時物體表面上的兩組暗點散斑相對應☁₪，這兩組散斑上攜帶了物體的位移資訊

　　用平行光照射“雙孔”結構的影象☁₪，孔洞透光☁₪，其餘部分不透光☁₪，小孔與小孔會形成類似楊氏干涉的條紋☁₪，條紋的間距能夠反映出兩幅影象上小孔的間距☁₪，小孔的間距即影象的位移·↟▩•✘。

　　三╃·、測量離面位移

　　離面位移測量類似於邁克爾干涉儀☁₪，兩束準直光束對稱的照射參考平面和被測物表面☁₪，在成像平面上形成干涉條紋☁₪，設物塊發生離面位移☁₪，物體表面漫反射光和參考光分別為I和II☁₪，物體表面一點A產生u向位移達到B點時☁₪，則I方向從A點到B點減少了usinθ☁₪，II光程減少了usinθ☁₪，兩束光產生2usinθ☁₪，故物體上凡是u向位移滿足

　　n=0,±1☁₪，±2☁₪，±3……的點☁₪，在物體變形後探測器2上散斑場對應物面B點位置的亮度☁₪，經過一個迴圈變化又恢復到原來亮度☁₪，在這些區域上產生相關條紋.

　　電子散斑干涉儀☁₪，用來解決漫反射表面的形變測量問題·↟▩•✘。PhaseCam ESPI動態電子散斑干涉儀☁₪，可以解決在現場環境下的表面沿軸向的一維形變測量問題☁₪，精度達到nm級☁₪，而不用考慮環境振動帶來的影響·↟▩•✘。應用於大口徑拼接鏡的背部支撐材料的微變形測量·↟▩•✘。經典應用案例✘│✘•：美國JWST太空望遠鏡的主鏡的背部碳纖維支撐結構的微變形測量·↟▩•✘。

　　電子散斑干涉儀是表面的漫反射光進入干涉儀發生干涉☁₪，干涉圖樣為含有干涉資訊的電子散斑噪聲·↟▩•✘。對兩次漫反射干涉的散斑進行波面相減操作☁₪，便可提取出樣品面形變化引起的相位資訊·↟▩•✘。對該相位資訊解析☁₪，就可以獲得形變數·↟▩•✘。由於採用了動態相移技術☁₪，即使在非隔振的環境下測量☁₪，也可以實現nm級測量精度·↟▩•✘。