双光束激光散斑干涉技术在振动分析中的应用

　　1.引言

　　当激光(甚至白光)自物体表面漫反射，或通过透明散射体时，在散射体附近(或表面)光场中，可以观察到或照相记录下一种无规则分布的明暗颗粒状散斑，这种散斑过去往往把它视为降低成像质量和限制干步条纹清晰度的光学噪声。近年来发展起来的散斑摄影术，正是利用了激光或白光的散斑形成一种崭新的光学测量方法。本文分析了散斑的特点及散斑干涉的原理，设计了一种数字散斑干涉的振动测量系统，使用该系统测量单边固定铝板的振动，给出了物体振动振幅分布的计算机定量结果。

　　2.散斑干涉法测振动原理

　　(1)激光散斑的特点

　　散斑的物理起因可定性看作是由于激光照射到物质表面时，物质表面上每个散射点都可看作是一子波源，它们都要散射光，由于激光的高度相干性，形成多点光源的散射光在空间相互干涉。

　　根据统计光学研究得到的结论，在照明光为偏振单色光，且其偏振状态不因散射而改变的假设下，每一散射光光波的复振幅和相位与统计无关，相位乳均匀分布在一二和+二之间。当独立的散面元N足够大时，在观察点求得的光场u(x，y，z)的实部和虚部是独立的，其平均值为0，都是无规变量的高斯分布，并且强度分布遵守负指数统计分布，即u(x，y，z)的实部和虚部的联合概率密度函数为:

　　(2)散斑干涉测量振动原理

　　散斑干涉术与散斑照相术的主要区别在于散斑干涉术在散斑场要增加一组参考光，与散斑场发生干涉产生干涉条纹。因此，散斑干涉术除记录散斑场本身外，还有与参考光干涉的条纹。图1给出了用散斑干涉法测量振动的原理图。被研究的表面用激光照明，并用一个可以控制散斑尺寸的可变孔径成像。由表面波节区域散射的光线在观察平面上形成一个清晰的静止散斑图样。由于波节区的散斑对比度较高，故观察者可以观察到的散斑对比度的等值带就是振动振幅的等值线。

　　3.双光束激光散斑干涉振动测量系统设计

　　图2为数字散斑干涉的振动测量系统。图中采用了双散斑干涉的光路，计算输出的数字量经创A直流放大器，转换成一定的稳定电压，驱动压电陶瓷来改变光程，从被测物体的照明光路中引入相移量。信号发生器输出的正弦信号分布被送到声光开关驱动源及功率放大器。驱动源产生一脉冲电压加在声光开关上，对连续波激光进行调制，产生频闪照明，光脉冲的宽度相位可以随意调节，功放输出的正弦电压驱动激振器使被测物体与光1脉冲在同样的频率下振动。