影象云纹仪及其应用

　　一、引言

　　云纹技术在实验力学的测试中主要是利用光栅的二维调希!陇行面内应变场的测定。由于其具有灵敏度可选择等特点，所以在弹性、塑性、断裂力学等领域都获得了应用。光栅三维调制的云纹技术是从七十年代开始发展起来的，业被应用于离面位移场的测量。1970年D.Meadows和高崎宏(H.T。kasaki)首先提出了光栅影象法〔’〕〔2毛随后1971年铃木正根等创造了光栅投影褂3’，面外云纹技术开蜘注入实用阶段，业逐渐形成了云纹技术中的一个新的分支。1975年日本以工程和医学界为主成立了.‘云纹研究会”，围绕云纹三维测量技术应用与发展的问题开展了广泛的交流和研究活动，各届云纹研究会年会上都有不少研究论著发表。

　　我国自1盯9年张世昆发表第一篇应用影象云纹法测定板弯曲的论文〔4情，许多单位在各自不同的领域成功地应用这一方法进行了许多研究工作，如张人骤借助影象云纹法做的人工魏关节设计L5J，邵象清用影象云纹法进行的北京猿人头盖骨最大宽位置与高度的比较研究圈，作者也曾用这一方法测量了直升机桨叶翼型及受载板的三维变形等L7J，然而，由于缺乏专门且适用的云纹侧量仪器一上述研究工作都只是局限于实验室内的方法及原理性的研究，远没有达到实用的程度。针对这种情况，作者提出了一种实用化的设训方案并研制成功了影象云纹仪(YSYw602型)(图1);这套装置综合吸取了国内外在影象云纹法方面的一些新技术。本文仅对影象云纹仪的光学原理、光学系统与结构特点加以介绍业提供若干应用实例。

　　二、光学系统与原理

　　影象云纹是指光栅的影象与其自身相干涉形成的莫尔图样。光栅的影象受到被测物体三维形状的调制形成变形栅，与基准光栅相干涉，在一定的条件下合成光场中的低频分量，便形成含有深度等值量的云纹。

　　光学原理如图2所示。节距为P的基准光栅6置于物体的前方，在距光栅l，处的平行平面内有点光源S与观察点K，光源与观测点相距为d。当光源足够远时物体表面的光强认为是均匀的并记为10.由于受到基准光栅G的调制，物体上任意点E(、，、.，，的光强按付里叶光学应为:

　　其中‘。为空间频率1/P的”阶复振幅

　　对于基准光栅G这种黑白光栅，其相应的周期函数为矩形函数，

　　相应的复振幅为:

　　从观测点K透过基准光栅‘观察物体时，物体上被光源s照射的部分所形成的漫反射光场将再一次受基准光栩的调制，观察方向上合成光场强度将由光栅的两个光强分布的乘积的形式给出，