第五章-光学全息无损检测.ppt

第五章 光学全息无损检测;一 全息照相的概念;全息照相术的起源;1960年，梅曼（Maiman） 研制成功了红宝石激光器。 1961年，贾范（Javan）等制成了氦氖激光器 一种前所未有的优质相干光源诞生了。 1962年，美国科学家E.N.利思和J.乌帕特尼克斯用激光器对伽柏的技术做了划时代的改进，全息术的研究从此获得了突飞猛进的发展。 近40年来，全息技术的研究日趋广泛深入，逐渐开辟了全息应用的新领域，成为近代光学的一个重用分支。 ;如图1，使从点光源（可以认为是从物体上的一点反射出来的光，也可考虑为有一个针孔）发出的相干激光束A与另一方向射来的激光束B在照相干板上叠加而产生干涉。 形成如图2所示的那样的干涉条纹。 如果将这种干板冲洗后则可变成一种衍射光栅如图3 ，即全息照片（或全息图） .;如果将全息照片置于原来的位置，并在与记录干涉条纹的参考光照射的方向相同的方向上用相干光照射，则此照射光在冲洗后的干板（衍射光栅）上被衍射。 由图4可知，在衍射光栅的栅格间距小的地方，光的衍射角大；在衍射光栅的栅格间距大的地方，光的衍射角小。结果，整个衍射光就好像从原来点光源所在位置传播过来的方向上被衍射。 ; 同样，如果放置两个点光源，通过与另外的相干光形成干涉条纹，并记录在干板上，则自然会有两种不同的干涉条纹相重叠地被记录下来。 并且，每种干涉条纹都具有与各自的点光源的光强相应的反差，从而起衍射光栅的作用，使得衍射光象是从原来两个点光源所在位置传播过来似的被衍射。在类似的点光源极多的情况下，也可按这种方式处理。;干涉条纹间距：如图5，用分束镜将一束相干光分为两束，它们再以某一角度θ在干板上叠加，则会形成大致一样的干涉条纹。 这些干涉条纹的间距为 Δx的大小由波长λ和两束光的夹角θ决定;如图7所示，如果在一个方向上的光束中途放置一块幻灯片之类的透射体，利用从透射体透射出来的光，或者是利用照射物体时产生的反射光，与另一方向上的相干光（即参考光）叠加而形成干涉条纹，则这样形成的干涉条纹不再是规则排列的清晰条纹，而是变成了复杂的干涉条纹。这种情况，可以认为是空间载波被物体所调制。 ;如果要由全息图再现原物的形状和位置，则如图9那样，用同一波长的相干光照射全息图，被调制的空间频率就像一种衍射光栅一样把光波衍射。由于被衍射的光是沿着与透过物体的光或被物体反射的光相同的方向行进，所以再现的像在空间也有景深，从而可观测到三维的立体象。 ;三 激光全息检测基本原理 ;P;相干振动合成;;全息照相的拍摄原理 ;全息照相的拍摄原理;全息照相的拍摄原理;全息照相的观察原理;全息照相的特点;　　2． 激光全息检测的特点 　　（1） 由于激光全息检测是一种干涉计量技术，其干涉计量的精度与波长同数量级，因此，极微小的变形都能检验出来， 检测的灵敏度高。  　　（2） 由于激光的相干长度很大，因此，可检验大尺寸物体，只要激光能够充分照射到的物体表面，都能一次检验完毕  （3） 激光全息检测对被检对象没有特殊要求，可以对任何材料、任意粗糙的表面进行检测。 （4） 可借助于干涉条纹的数量和分布状态来确定缺陷的大小、部位和深度，便于对缺陷进行定量分析。 　;四 激光全息检测方法 　　1． 物体表面微差位移的观察方法  　　（1） 实时法 　 先拍摄物体在不受力时的全息图，冲洗处理后，把全息图精确地放回到原来拍摄的位置上，并用与拍摄全息图时同样的参考光照射，则全息图就会再现出物体三维立体像(物体的虚像)， 再现的虚像完全重合在物体上。 这时对物体加载，物体的表面会产生变形，受载后的物体表面光波和再现的物体虚像之间就形成了微量的光程差。 由于两个光波都是相干光波(来自同一个激光源)，并几乎存在于空间的同一位置，因此， 这两个光波叠加就会产生干涉条纹。 由于物体的初始状态(再现的虚像)和物体加载状态之间的干涉度量比较是在观察时完成的，因此称这种方法为实时法。 ;　　实时法的优点是： 只需要用两张全息图就能观察到各种不同加载情况下的物体表面状态，从而判断出物体内部是否含有缺陷。 因此，这种方法既经济，又能迅速而确切地确定出物体所需加载量的大小。 其缺点是：  　　1） 为将全息图精确地放回到原来的位置，就需要有一套附加机构，以便使全息图位置的移动不超过几个光波的波长。  2） 由于全息干版在冲洗过程中乳胶层不可避免地要产生一些收缩，当全息图放回原位时，虽然物体没有变形，但仍有少量的位移干涉条纹出现。  　　3） 显示的干涉条纹图样不能长久保留。 ;　　（2） 两次曝光法  　 将物体在两种不同受载情况下