Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«ESPI» перенаправляется сюда. Спецификацию интерфейса Intel eSPI см. В разделе « Последовательный периферийный интерфейс» § Шина расширенного последовательного периферийного интерфейса Intel .
Полосы ESPI - плоская пластина, вращающаяся вокруг вертикальной оси - полоски представляют смещение в направлении взгляда; разница в смещении полос составляет около 0,3 мкм.

Электронная интерферометрия спекл-структуры ( ESPI ) [1], также известная как телевизионная голография , представляет собой метод, в котором используется лазерный свет вместе с обнаружением, записью и обработкой видео для визуализации статических и динамических смещений компонентов с оптически шероховатой поверхностью. Визуализация имеет форму полос на изображении, каждая из которых обычно представляет собой смещение на половину длины волны используемого света (то есть на четверть микрометра или около того).

ESPI может использоваться для измерения напряжения и деформации , анализа режима вибрации и неразрушающего контроля . [2] ESPI во многом похож на голографическую интерферометрию , но между этими двумя методами есть также существенные различия [3] .

Как это работает [ править ]

Исследуемый компонент должен иметь оптически шероховатую поверхность, чтобы при освещении расширенным лазерным лучом сформированное изображение представляло собой субъективную спекл-структуру . Свет, попадающий в точку на пятнистом изображении, рассеивается от конечной области объекта, и его фаза , амплитуда и интенсивность , которые являются случайными, напрямую связаны с микроструктурой этой области в объекте.

Второе световое поле, известное как опорный луч, создается тем же лазерным лучом и накладывается на изображение видеокамеры (разные конфигурации позволяют проводить разные измерения). Два световых поля мешаюти результирующее световое поле имеет случайную амплитуду, фазу и интенсивность и, следовательно, также представляет собой спекл-узор. Если объект смещается или деформируется, расстояние между объектом и изображением изменится, и, следовательно, изменится фаза спекл-паттерна изображения. Относительные фазы ссылки и изменение пучка объекта, и, следовательно, интенсивность комбинированных изменений светового поля. Однако, если изменение фазы светового поля объекта кратно 2π, относительные фазы двух световых полей не изменятся, и интенсивность всего изображения также не изменится.

Для визуализации этого эффекта изображение и опорный луч объединяются на видеокамере и записываются. Когда объект был смещен / деформирован, новое изображение вычитается по пунктам из первого изображения. Полученное изображение представляет собой спекл-узор с черными «полосами», представляющими контуры постоянного 2nπ.

Конфигурации [ править ]

Измерение смещения вне плоскости [ править ]

Оптическая схема для получения полос ESPI вне плоскости

Опорный луч - это расширенный луч, полученный из лазерного луча, который добавляется к изображению объекта, которое формируется на видеокамере.

Амплитуда света в любой точке изображения складывается из света от объекта (объектный луч) и второго луча (опорный луч). Если объект движется в направлении наблюдения, расстояние, пройденное объектным лучом, изменяется, изменяется его фаза, и, следовательно, изменяется амплитуда комбинированных лучей. Когда второй спекл-узор вычитается из первого, получаются полосы, которые представляют контуры смещения вдоль направления наблюдения (смещение вне плоскости). Это не интерференционные полосы, и их иногда называют «корреляционными» полосами, поскольку они отображают области спекл-структуры, которые более или менее коррелированы. Строго говоря,полосы представляют чисто внеплоскостное смещение только в том случае, если поверхность освещена нормально (это требует использования светоделителя для освещения объекта), но зависимость от движения в плоскости относительно мала, если только объект не освещен достаточно далеко с нормального направления.

Края на изображении выше - это полосы вне плоскости. Пластина повернута вокруг вертикальной оси, а полосы представляют собой контуры постоянного смещения. Интервал между контурами составляет около 0,3 мкм, так как в системе использовался гелий-неоновый лазер . Как и во многих интерферометрических методах, невозможно идентифицировать полосу нулевого порядка без дополнительной информации от системы. Это означает, что движение твердого тела на половину длины волны (0,3 мкм) по направлению к камере не изменяет рисунок полос.

Голографическая интерферометрия дает ту же информацию, что и полосы ESPI вне плоскости.

Измерение внеплоскостной вибрации [ править ]

Полосы ESPI, показывающие одну из форм колебаний зажатой квадратной пластины

Оптическая схема такая же, как и для смещения вне плоскости выше. Объект вибрирует с определенной частотой. Те части объекта, которые не двигаются, будут по-прежнему покрыты пятнами. Можно показать, что части объекта, которые колеблются с амплитудой nλ / 4, имеют более высокий спекл-контраст, чем те части, которые колеблются с амплитудой (n + ½) λ / 4.

Эта система проще в эксплуатации, чем любая из систем измерения смещения, поскольку полосы получаются без какой-либо записи. Режим вибрации можно наблюдать на изображении с камеры как изменение контраста спеклов, а не как изменение интенсивности, но его довольно трудно различить. Когда изображение подвергается высокочастотной фильтрации, изменение контрастности преобразуется в изменение интенсивности, и наблюдается узор полос в форме, показанной на диаграмме, где полосы четко видны.

Таким же образом можно использовать голографическую интерферометрию для отображения мод колебаний.

Оптическое устройство для просмотра полос, чувствительных к смещению в плоскости

Измерение в плоскости [ править ]

Объект освещается двумя лучами, исходящими от одного и того же лазерного луча, которые падают на объект с противоположных сторон. Когда объект смещается или деформируется в направлении, перпендикулярном направлению наблюдения (т. Е. В его собственной плоскости), фаза одного луча увеличивается, а фаза другого уменьшается, так что относительная фаза двух лучей изменяется. Когда это изменение кратно 2π, картина спеклов совпадает сама с собой (остается той же), а в другом месте она изменяется. [4] При использовании описанной выше техники вычитания получаются полосы, которые представляют контуры смещения в плоскости. [5]

Измерение градиента смещения в плоскости [ править ]

Объект освещается двумя лучами одного и того же лазера, которые падают на объект с одной и той же стороны, но под разными углами. Когда объект смещается или деформируется в пределах своей собственной плоскости, относительные фазы двух лучей изменяются пропорционально градиенту [6] смещения в плоскости. Опять же, вычитание двух изображений используется для отображения полос.

Голографическая интерферометрия не имеет эквивалента измерениям в плоскости [7] ESPI. Акустическая интерферометрия, наряду с электромагнитными акустическими преобразователями, способна измерять две поляризации плоских колебаний. [8]

См. Также [ править ]

  • Голографическая интерферометрия
  • Интерферометрия
  • Пятнистый узор

Ссылки [ править ]

  1. ^ Jones R & Wykes C, Голографическая и спекл-интерферометрия, 1989, Cambridge University Press
  2. ^ Шабестари, NP (2019). «Изготовление простого и легкого в изготовлении пьезоэлектрического привода и его использование в качестве фазовращателя в цифровой интерферометрии спекл-структуры». Журнал оптики . 48 (2): 272–282. DOI : 10.1007 / s12596-019-00522-4 .
  3. ^ Schnars U, Falldorf C, Watson J, Jueptner W, Цифровая голография и зондирование волнового фронта, Глава 8, второе издание, 2014 г., Springer https://www.springer.com/de/book/9783662446928
  4. ^ Шабестари, NP (2019). «Изготовление простого и легкого в изготовлении пьезоэлектрического привода и его использование в качестве фазовращателя в цифровой интерферометрии спекл-структуры». Журнал оптики . 48 (2): 272–282. DOI : 10.1007 / s12596-019-00522-4 .
  5. ^ Gasvik KJ, оптическая метрология, глава 6.3, 1987, John Wiley & Sons
  6. ^ Gasvik KJ, оптическая метрология, глава 6.3, 1987, John Wiley & Sons
  7. ↑ Kreis T, Справочник по голографической интерферометрии, 2004, Wiley-VCH
  8. ^ В-плоскости колебания прямоугольной пластины: моделирование расширения волны плоскости и эксперимента, A.Arreola-Лукас, JAFranco-Вильяфанье, G.Báez и RAMéndez-Санчес, журнал звука и вибрации Volume 342, (2015), 168- 176

Внешние ссылки [ править ]

  • Системы 3D-ESPI для испытания материалов
  • Технический Он-лайн ESPI
  • isi-sys
  • optonor - оптические испытания и метрология
  • Измерение остаточного напряжения на основе сверления отверстий и ESPI (группа стресс-техн.)
  • Резка ESPI для контроля композитов