WSG-1电子散斑干涉实验装置

目录一、规格与主要技术指标………………………………………………………11.1规格…………………………………………………………………………11.2主要技术指标………………………………………………………………1二、基本原理………………………………………………………………………12.1实验目的…………………………………………………………………12.2光源…………………………………………………………………………12.3测量离面位移方法的基本原理……………………………………………2三、安装………………………………………………………………………………23.1开箱…………………………………………………………………………23.2实验装置……………………………………………………………………33.3仪器的摆放和实验的测量…………………………………………………4四、软件的安装和使用……………………………………………………………44.1软件的安装…………………………………………………………………44.2软件的使用和各菜单的功能………………………………………………54.3实例…………………………………………………………………………9五、技术服务帮助………………………………………………………………15电子散斑干涉实验装置使用说明书第1页一、规格与主要技术指标1.1规格He-Ne激光器及电源1套分束镜（半透半反镜）1片平面反射镜1片扩速镜L1（f=6.2mm）1片准直镜L2（f=100mm）1片聚焦透镜Ｌ３（f=50mm）1片偏振片2片偏振片架SZ-41-241个被测物品1个SZ-07二维调整架4个SZ-02二维底座1个SZ-03一维调座2个SZ-04公用底座6个SZ-11二维调整台1个物品架1个CCD黑白摄像机（带电源）1台采集卡1个图像处理软件1张采集卡驱动程序及图形采集软件1张1.2主要技术指标调整架光学中心高度200mm二维调整架可以微调角度一维调座Z轴调整高度二维底座X轴Z轴调整He-Ne激光器波长632.8nm功率≥1.5mWCCD黑白摄像机480线（详见摄象机说明书）二、基本原理、2.1实验目的了解电子散斑干涉实验装置的各个元件的名称及作用，并练习光场布置、调整技术。熟悉测量原理。观察圆盘中心受压时产生的离面位移条纹。测定圆盘水平及垂直中心线上离面位移，并绘出分布曲线。2.2光源光源采用He-Ne激光器作为光源，该型号激光器具有很好的单色性，波长为632.8nm。电子散斑干涉实验装置使用说明书第2页2.3测量离面位移方法的基本原理电子散斑干涉法是用激光光束直接照射到测试表面，再用电子摄像机采集其变形前后表面散斑颗粒干涉形成的条纹，以测定其离面位移的一种新型、先进的测试技术，其光路如下图所示，图一图一为测量离面位移（即前后沿Z轴方向的位移W）的光路，由激光器1发出的激光束，经扩束镜2及准直镜3形成光斑放大了的准直光，再经分光镜4分成两束，一束照射到反射镜5再返回，另一束照射到被测物6的表面再返回，两束返回的光束干涉形成干涉条纹，也就是一系列等位移线N，则离面位移为W=λN/2式中λ为测试光的波长，N为条纹的级数。本实验中的被测物品6为圆盘，周边被固定，且中心有一个10mm的圆孔光阑。在其中心受压后便产生了离面位移。试件表面镀有反射膜，以增强其反射能力。电子散斑干涉法由于可直接应用于实际工程材料及构件（不像光弹法必须使用透明的模型材料），又可以给出测试全场的位移（优于只能给出若干干涉点位移的电测法），还可以在正常光照和有一般机械震动条件下应用（无须暗室及防震台设置），并且直接由摄像机采集，存储进入计算机，可以自动打印或提取数据，避免照相，洗相以及人工提取数据等费时、繁重的操作，因而有着广阔的应用前景。三、安装3.1开箱打开包装箱后，请按照仪器装箱单对仪器的成套性进行认真清点验收，如发现与装箱单不符或者仪器表面有明显的受损现象，请立即与生产厂家或销售方联系。仪器成套性请参阅装箱单。电子散斑干涉实验装置使用说明书第3页3.2实验装置1、He-Ne激光器2、公用底座(SZ-04)3、公用底座(SZ-04)4、偏振片2片5、偏振片架（SZ-41）6、一维调座（SZ-03）7、扩速镜L1（f=6.2mm）8、二维调整架（SZ-07）9、公用底座(SZ-04)10、二维调整架（SZ-07）11、准直镜L2（f=100mm）12、分光镜（半透半反镜）13、二维调整台（SZ-11）14、公用底座(SZ-04)15、二维调整架（SZ-07）16、公用底座（SZ-04）17、平面反射镜M18、一维调座（SZ-03）19、被测物品20、物品架21、二维调整架（SZ-07）22、聚焦透镜（f=50mm）23、二维底座（SZ-02）24、CCD黑白摄像机25、公用底座（SZ-04）26、电子计算机（用户自备）27、光学平台(用户另备)图2电子散斑干涉实验装置使用说明书第4页3.3仪器的摆放和实验的测量1、把平台摆放好，并调平。2、各个实验仪器的位置参看图2，先把各个仪器的中心高度调至共轴。3、使激光器发出的光束平行于工作平台的工作面。分别放入扩束镜和准直镜，调节准直镜，使通过它的被扩束的激光变成平行光，平行光束应通过放入光路中（分光镜、被测物品、反光镜等）的部件的中心且平行于平台。扩束镜前放入偏振片以调节亮度，以防损坏CCD摄像机。4、放入被测物品和CCD摄像机，调节分光镜上二维调整台的微调旋扭，使被物品反射的光的中心照射到CCD摄像机接收表面上。5、而后放入平面反射镜，要使平面反射镜到分光镜的距离和被测物品到分光镜的距离相同，且调节其被反射的光束的中心也入射到CCD摄像机接收表面上，这时便可以在采集图像的软件上看到干涉条纹。最后在放入聚焦透镜，调节透镜与CCD的距离，使屏幕上得到最清晰、最完整的像。调节反光镜上的二维调整架的微调旋扭，使得到的图像的干涉条纹最清晰且为中心位置。6、这时就可以给物品加压，调节物品架上的旋扭给物品加压，随着旋扭的调节，电脑的屏幕上出现的干涉条纹越来越多，且为同心圆环。给物品加上适当压力，并拍摄下其变形后的干涉条纹。7、利用利用电子散斑干涉的处理软件对其图像处理。（对于图片的处理请参看图像处理的实例）8、实验结果及处理利用电子散斑干涉的处理软件对处理后的图片进行三维点阵重构，并绘出W-X，W-Y，W-X-Y图。四、软件的安装和使用4.1软件的安装4.1.1图像采集卡的安装安装方法：先关掉计算机的电源，打开机箱盖，将图像采集卡插在计算机的PCI插槽中，并用螺丝固定住，装上机箱盖。打开计算机，将采集卡盒中的安装盘放入到计算机的光驱中，计算机会自动找到采集卡这个新硬件，根据计算机的提示安装采集卡的驱动。系统会提示显示找到新硬件的窗口，如下图所示：电子散斑干涉实验装置使用说明书第5页选择“从列表或指定位置安装”，点击“下一步”后选择查找CD-ROM后点击“下一步”，再并出现如下安装窗口点击“仍然继续”。系统便会完成安装。出现安装完成对话框。最后点击“完成”。如再提示找到新硬件，请您再按照以上步骤安装。直到出现“只有重新启动您的计算机后您的硬件才能生效”的提示。从新启动计算机后便可以使用该采集卡了。注：采集卡的安装也可参看采集卡配备的安装说明书。4.1.2控制软件的安装4.1.2.1安装采集卡的控制软件打开采集卡的光盘，点击Setup按照提示完成安装。4.1.2.2安装图像处理的控制软件将WSG-1电子散斑干涉实验装置安装盘置于光驱中，点击Setup按照提示完成安装。为得到最好效果,请将其安装在xp/2000系统下。4.2软件的使用和各菜单的功能4.2.1关于采集卡控制软件的使用说明在开始菜单中点击“Avercap”便可以进入到采集卡的工作软件的界面中如下图所示：电子散斑干涉实验装置使用说明书第6页其中的savesingleframe项即为保存功能。点击它就可以保存下CCD拍下的图片。采集下图片后就可以使用图像处理软件对其进行处理了。4.2.2关于图像处理软件的使用说明进入图像处理软件的系统后，计算机显示如下图所示工作界面。工作界面主要由菜单栏，主工具栏，工作区，状态栏等组成。4.2.2.1菜单栏和工具栏主工具栏菜单栏工作区一工作区二工作区三状态栏电子散斑干涉实验装置使用说明书第7页a.工作区1：（图像处理工作区）菜单栏菜单栏由文件、图像处理、查看、窗口、帮助信息等组成，这些菜单包括运行本软件的大部分命令。以下简单介绍各菜单的功能：文件新建新建一个文档。打开…打开一个已经存在的电子散斑文档。关闭关闭当前的文档。保存把当前工作区中的文件进行存档。另存为把当前工作区中的文件进行另存。导入图像…导入一个一个已经存在的图像文件。导出图像把当前工作区中的图像进行存档最近文件可以方便查找，打开最近使用过的几个文件。退出退出软件系统。图形处理滤波器对图像进行滤波处理，包括5种滤波方式。图像增强对图像的明暗对比度进行增强，包括4种方式。边缘提取提取图像边缘，包括8种方式。二值化包括手动和自动两种方式，参见实例。恢复原图恢复到最原始图像。菜单栏主工具栏电子散斑干涉实验装置使用说明书第8页查看工具栏/状态栏选中相应的选项便打开工具栏/状态栏。窗口对窗口进行排列，平铺等操作帮助关于关于软件的版本信息工具栏工具栏包括新建、打开、保存、Im、Ay、3D此工具栏为图像处理工具栏，包括导入图像、滤波、手动二值化、自动二值化、恢复原图。Im:工作区1（图像处理工作区）。Ay：工作区2（条纹构造及数据处理工作区）。3D：工作区3（三维重构工作区）。注：已介绍过的功能，将不再重复说明。b.工作区2：菜单栏菜单栏主工具栏电子散斑干涉实验装置使用说明书第9页菜单栏有文件、散斑分析、查看、窗口、帮助信息等组成。散斑分析包括三步组成，使用方法见实例。工具栏包括新建、打开、保存、Im、Ay、3D此工具栏为图像处理工具栏，包括点取特征曲线、曲线编辑、选取坐标原点、曲线矢量化、清除曲线数据。c．工作区3：操作面板根据提示单击电子散斑…归一化点云电子散斑…实体点云获取三维重构图(可旋转)。单击W-XW-Y得X方向\Y方向的离面位移图,单击向前向后可得离面位移。详细操作参见实例4.2.2.2.工作区工作区是用户用来处理图像的区域。4.2.2.3状态栏状态栏用于反映当前状态。4.3实例4.3.1采集图像使用图像采集软件采集被测物体变形后，干涉所形成的散斑图样。保存下来备用。4.3.2图像处理，数据处理和三维重构4.3.2.1图像处理电子散斑干涉实验装置使用说明书第10页第一步：导入图像直接点击工具条按钮或点选菜单文件－导入图像如图：4.1原始散斑图第二步：滤波直接点击工具条按钮第三步：手动二值化直接点击工具条按钮弹出对话框4.2手动二值化电子散斑干涉实验装置使用说明书第11页按住鼠标左键，拖动选择阈值。单击确定按钮，或回车。图像二值化完成。如图所示：4.3手动二值化后的图像也可以在滤波后使用自动二值化，4.4自动二值化倘若，您对结果不满意，可以单击工具条按钮回退到初始状态，重新处理。4.3.2.2数据处理（特征曲线点取及其矢量化）第一步：点击工具条按钮AyAnalysis的缩写电子散斑干涉实验装置使用说明书第12页4.5特征曲线点取及其矢量化界面如图4.5第二步：点取特征点拟合特征曲线单击选取特征点，自动拟合特征曲线：（注意：必须选取两个以上的特征点，才能自动拟合）如若对当前曲线不满意，可按键盘Esc取消之（必须在曲线绘制模式下），若满意，请单击鼠标右键确定。重复第二步，可以绘制多条特征曲线。如图4.64.6自动拟合特征曲线电子散斑干涉实验装置使用说明书第13页第三步：编辑曲线单击移动鼠标到曲线附近，曲线被自动捕捉，成红色，有黄色控制点，单击按住控制点并移动，即可完成曲线编辑。如图4.