Elektronisk fläckmönsterinterferometri

"ESPI" omdirigerar hit. För Intels eSPI Interface Specification, se Serial Peripheral Interface § Intel Enhanced Serial Peripheral Interface Bus .
ESPI-fransar – platt platta roterad kring en vertikal axel – fransarna representerar förskjutning i betraktningsriktningen; skillnaden i förskjutning mellan fransar är ca 0,3 μm.

Elektronisk fläckmönsterinterferometri ( ESPI ), även känd som TV-holografi , är en teknik som använder laserljus, tillsammans med videodetektering, inspelning och bearbetning, för att visualisera statiska och dynamiska förskjutningar av komponenter med optiskt grova ytor. Visualiseringen är i form av fransar på bilden, där varje frans normalt representerar en förskjutning av en halv våglängd av ljuset som används (dvs. en kvarts mikrometer eller så).

ESPI kan användas för spännings- och töjningsmätning , vibrationslägesanalys och oförstörande testning . ESPI liknar holografisk interferometri på många sätt, men det finns också betydande skillnader mellan de två teknikerna.

Hur det fungerar

Komponenten som undersöks måste ha en optiskt grov yta så att bilden som bildas är ett subjektivt fläckmönster när den belyses av en expanderad laserstråle . Ljuset som anländer till en punkt i den spräckliga bilden sprids från ett ändligt område av objektet, och dess fas , amplitud och intensitet , som alla är slumpmässiga, är direkt relaterade till mikrostrukturen i det området i objektet.

Ett andra ljusfält, känt som referensstrålen, härleds från samma laserstråle och överlagras på videokamerabilden (olika konfigurationer möjliggör att olika mätningar kan göras). De två ljusfälten interfererar och det resulterande ljusfältet har slumpmässig amplitud, fas och intensitet, och är därför också ett fläckmönster. Om objektet förskjuts eller deformeras kommer avståndet mellan objektet och bilden att ändras, och följaktligen ändras fasen för bildfläckmönstret. De relativa faserna för referens- och objektstrålen förändras, och därför ändras intensiteterna för det kombinerade ljusfältet. Om emellertid fasändringen för objektets ljusfält är en multipel av 2π, kommer de relativa faserna för de två ljusfälten att vara oförändrade, och intensiteten hos den totala bilden kommer också att vara oförändrad.

För att visualisera denna effekt kombineras bild- och referensstrålarna på en videokamera och spelas in. När objektet har förskjutits/deformerats subtraheras den nya bilden punkt för punkt från den första bilden. Den resulterande bilden är ett fläckmönster med svarta "fransar" som representerar konturer med konstant 2nπ.

Konfigurationer

Förskjutningsmätning utanför planet

Optiskt arrangemang för att erhålla ESPI-fransar utanför planet

Referensstrålen är en expanderad stråle härledd från laserstrålen och läggs till bilden av objektet som bildas på videokameran.

Ljusets amplitud vid valfri punkt i bilden är summan av ljuset från objektet (objektstrålen) och den andra strålen (referensstrålen). Om objektet rör sig i betraktningsriktningen ändras avståndet som objektstrålen tillryggalägger, dess fas ändras och därför ändras amplituden för de kombinerade strålarna. När det andra fläckmönstret subtraheras från det första erhålls fransar som representerar förskjutningskonturer längs betraktningsriktningen (förskjutning utanför planet). Dessa är inte interferensfransar och kallas ibland för "korrelationsfransar" eftersom de kartlägger områden av fläckmönstret som är mer eller mindre korrelerade. Strängt taget representerar fransarna en ren förskjutning utanför planet endast om ytan är belyst normalt (detta kräver att en stråldelare används för att belysa objektet), men beroendet av rörelse i planet är relativt litet om inte objektets belysning är långt borta från det normala hållet.

Fransarna på bilden ovan är fransar utanför planet. Plattan har roterats runt en vertikal axel och fransarna representerar konturer av konstant förskjutning. Konturintervallet är cirka 0,3 μm eftersom en He-Ne-laser användes i systemet. Som med många interferometriska tekniker är det inte möjligt att identifiera nollordningens frans utan ytterligare information från systemet. Det betyder att en stel kroppsrörelse med en halv våglängd (0,3 μm) mot kameran inte ändrar fransmönstret.

Holografisk interferometri ger samma information som ESPI-fransar utanför planet.

Vibrationsmätning utanför planet

ESPI-fransar som visar ett av vibrationslägena för en fastspänd fyrkantig platta

Det optiska arrangemanget är detsamma som för förskjutning utanför planet ovan. Objektet vibreras med en viss frekvens. De delar av föremålet som inte rör sig kommer att fortsätta att vara fläckiga. Det kan visas att delar av föremålet som vibrerar med amplituder på nλ/4 har högre fläckkontrast än de delar som vibrerar vid (n+½)λ/4.

Detta system är enklare att använda än något av förskjutningsmätsystemen, eftersom fransarna erhålls utan att någon registrering krävs. Vibrationsläget kan observeras i bilden från kameran som en variation i fläckkontrasten snarare än som en variation i intensitet men det är ganska svårt att urskilja. När bilden är högpassfiltrerad omvandlas variationen i kontrast till en variation i intensitet, och ett fransmönster av den form som visas i diagrammet observeras där fransarna är tydligt synliga.

Holografisk interferometri kan användas på samma sätt för att kartlägga vibrationslägen.

Optiskt arrangemang för att titta på förskjutningskänsliga fransar i planet

Mätning i planet

Objektet belyses av två strålar härledda från samma laserstråle som infaller på objektet från motsatta sidor. När föremålet förskjuts eller deformeras i riktningen vinkelrätt mot betraktningsriktningen (dvs. i dess eget plan), ökar fasen för den ena strålen, medan den för den andra minskar, så att den relativa fasen för de två strålarna ändras. När denna förändring är en multipel av 2π, sammanfaller fläckmönstret med sig självt (förblir detsamma), medan det ändras på andra ställen. När den ovan beskrivna subtraktionstekniken används erhålls fransar som representerar förskjutningskonturer i planet.

Förskjutningsgradientmätning i planet

Objektet belyses av två strålar härledda från samma laser som infaller på objektet från samma sida men i olika vinklar. När föremålet förskjuts eller deformeras inom sitt eget plan, ändras de relativa faserna för de två strålarna i proportion till gradienten för förskjutningen i planet. Återigen används subtraktion av de två bilderna för att visa fransarna.

Holografisk interferometri har ingen motsvarighet till in-plane-mätning ESPI. Akustisk interferometri, bland annat med elektromagnetiska akustiska givare, kan mäta de två polarisationerna av vibrationer i planet.

Se även

  1. ^ Jones R., Wykes C., Holographic and Speckle Interferometry, 1989, Cambridge University Press.
  2. ^   Shabestari, NP (2019). "Tillverkning av ett enkelt och lätttillverkat piezoelektriskt ställdon och dess användning som fasförskjutare i digital sprickmönsterinterferometri". Journal of Optics . 48 (2): 272–282. doi : 10.1007/s12596-019-00522-4 . S2CID 155531221 .
  3. ^ Schnars U., Falldorf C., Watson J., Jueptner W., Digital Holography and Wavefront Sensing , Kapitel 8, andra upplagan, 2014, Springer.
  4. ^   Shabestari, NP (2019). "Tillverkning av ett enkelt och lätttillverkat piezoelektriskt ställdon och dess användning som fasförskjutare i digital sprickmönsterinterferometri". Journal of Optics . 48 (2): 272–282. doi : 10.1007/s12596-019-00522-4 . S2CID 155531221 .
  5. ^ Gasvik KJ, Optical Metrology, kapitel 6.3, 1987, John Wiley & Sons
  6. ^ Gasvik KJ, Optical Metrology, kapitel 6.3, 1987, John Wiley & Sons
  7. ^ Kreis T, Handbook of Holographic Interferometry, 2004, Wiley-VCH
  8. ^ Vibrationer i planet av en rektangulär platta: Plane wave expansion modeling and experiment, A.Arreola-Lucas, JAFranco-Villafañe, G.Báez och RAMéndez-Sánchez, Journal of Sound and Vibration Volume 342, (2015), 168– 176

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Electronic_speckle_pattern_interferometry&oldid=1066263041 "