电子散斑干涉技术工作原理解析

当物体表面被激光照明后，由于激光的高度相干性，表面各点反射出的激光相互干涉，在物体表面及前方空间形成随机分布的明暗光点分布，即所谓空间散斑场。电子散斑干涉技术将物体表面散斑场与参考光相叠加，用视频摄像机成像得到物体表面的二维散斑图，记录作为初始状态，如图6.2-9a所示。当物体表面变形时，散斑图发生变化，如图6.2-9b所示。变形前后图像相减，得到反映表面位移的条纹图，如图6.2-9c所示。条纹图与位移的关系由检测光路决定。

图6.2-9 电子散斑干涉条纹图的形成

设变形前散斑图任意点（x，y）的光强表达为：

I（x，y）=a（x，y）+b（x，y）cosϕ（x，y）

其中a是背景光强，b是散斑图调制幅值，ϕ是物光波与参考光波之间的相位差。

由于电子散斑干涉检测小变形，可认为变形后a、b均不变，只有相位发生变化。那么变形前后的散斑图相减产生图像的光强可表达为(www.xing528.com)

I_sub=｜I′（x，y）-I（x，y）｜=b（x，y）｜cos[ϕ（x，y）+Δ（x，y）]-cos[ϕ（x，y）]｜=b（x，y）｜sin[ϕ（x，y）+Δ（x，y）/2]sin[Δ（x，y）/2]｜

上式中Δ（x，y）是表面位移引起的相位变化。sin[ϕ（x，y）+Δ（x，y）/2]为高频项，亮度随机变化；由于加载引起的位移是连续变化，sin[Δ（x，y）/2]为低频项。当Δ（x，y）=N×2p，N=0，±1，±2，±3，…，时，图像出现黑条纹，N为条纹级次。

Δ（x，y）可表达为

Δ（x，y）=S（x，y）d（x，y）=S（x，y）[iu（x，y）+jv（x，y）+kw（x，y）]

其中d（x，y）为表面位移矢量，S（x，y）称为灵敏度矢量，灵敏度矢量与具体光路布置有关。上式建立了干涉条纹级次与表面位移的定量关系。

常见电子散斑干涉光路有两种，分别用于被测表面的离面位移和面内位移的测量。