Speckle Interferometrie

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1 Speckle Interferometrie LO-Praktikum FHM, FK 06 Prof. Dr. Andreas Ettemeyer Seite 1

2 Praktikum Speckle Interferometrie Ziel - Kennenlernen der Eigenschaften von Speckles - Kennen der Einsatzmöglichkeiten von Speckle Interferometrie Ablauf des Praktikums - Erstellen von Versuchsaufbauten für verschiedene Speckle Techniken - Untersuchung der Messergebnisse - Erstellen eines Protokolls mit vergleichender Darstellung der verschiedenen Verfahren Seite 2

3 Entstehen von Speckles Laser Aperture Lens Camera a b g Rough surface Speckle image Aufgaben Versuchsaufbau erstellen Speckle beobachten Was passiert bei Bewegung des Objekts? Was passiert bei Änderung der Blende? Größe der Speckles: Speckle b 2, 4 λ a Seite 3

4 Bewegung von Speckles Reference image Deformation image Seite 4

5 Speckle Interferometrie: out-of-plane z x Seite 5

6 e z x Streifenordnung N: α 2 α 2 e 2 Definition des Empfindlichkeitsvektors e 1-1 ψ P d P Die Phasendifferenz (=Wegdifferenz) des Lichtweges zwischen Punkt P und P bestimmt sich zu: u φ = k d mit Verschiebungsvektor: d = v w Lichtwegänderung: s = e e = e 1+ e 1d + e2d = ed 2 Empfindlichkeitsvektor e s φ = λ 2π φ φ Mit N = wird s = λ Nλ = e d 2π 2π Nλ = e d cosψ N λ d = α α α e = ( e1 + e2 ) cos = 2cos 2cos cosψ = 1 = 1 Mit Beobachtung in z-richtung ergibt sich für w: N λ φλ w = = α α 2cos 4π cos 2 2 Seite 6

7 Versuchsaufbau out-of-plane Aufgaben Versuchsaufbau erstellen Welche Streifen entstehen bei Belastung der Platte? Welche Verformung gehört dazu? Welche Beanspruchung ergibt sich daraus für die Platte? Seite 7

8 Bestimmung der Phase / Streifenordnung Speckle Bild und Streifenbild sind Intensitätsverteilungen. Für jeden Bildpunkt gilt: Einführung definierter zusätzlicher Phasenverschiebungen (z.b. um 90, 180 und 270 im Referenzstrahl) führt zu einer Änderung der Helligkeit: Lösbares Gleichungssystem I = I0 + Kcos( φ) I1 = I0 + Kcos( φ + 0) π I2 = I0 + Kcos( φ + ) 4 π I3 = I0 + Kcos( φ + ) 2 3π I4 = I0 + Kcos( φ + ) arctan I φ = I I I 1 3 Seite 8

9 In-Plane Messung Seite 9

10 z x e 2 α α P e 1 d Empfindlichkeitvektor in-plane ψ P e reference state mit Nλ = e d Nλ = e d cosψ e = ( e1 + e2 )sinα = 2sinα d = 1 = 1 N λ = 2sinα cosψ mit u d = v w Damit ergibt sich für u: u N λ φλ = = 2sinα 4πsinα (Analog für v in y-richtung) Seite 10

11 Versuchsaufbau Laser CCD-Kamera Linse Strahlteiler 50/50 Spiegel Spiegel Platte Aufgaben Versuchsaufbau erstellen Welche Streifen entstehen bei Belastung der Platte? Welche Verformung gehört dazu? Verstellschraube Welche Beanspruchung ergibt sich daraus für die Platte? Piezospiegel Seite 11

12 Shearografie Seite 12

13 z e α 2 α 2 e 2 e 1 ψ P 1 d 1 P 2 d 2 Ergebnis der Messung P 1 P 2 reference state Bestimmung der Empfindlichkeitsrichtung wie im out-of-plane Fall. Annahme, dass der Empfindlichkeitsvektor sich nicht ändert. Da nur die Phasenänderungen zwischen den überlagerten Punkten gemessen werden ergibt sich für w: N λ φλ w( im Abstand x) = = α α 2cos 4π cos 2 2 Dies entspricht dem Differentenquotienten: x w Nλ 1 φλ 1 = = x α 2cos x α 4π cos x 2 2 Seite 13

14 Shearografische Messung Aufgaben Versuchsaufbau erstellen Welche Streifen entstehen bei Belastung? Welche Verformung gehört dazu? Bei welcher Belastung werden Fehler sichtbar? Seite 14