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几种相位解包算法的研究+文献综述(3)
可把式(2.1)改写为:式中
按照如下的最小二乘法原理
得式中
最后,被测相位 可以通过 和 的比值来求出 (2.4)
2.2常见的移相方法
2.2.1压电晶体移相
当具有压电性的电介质置于外电场中,由于电场的作用,引起介质内部正负电荷中心产生相对位移,而这个位移有导致了介质的伸长变形。压电陶瓷
材料
是一种铁电多晶体,它由许多微小的晶粒无规则的排列而成。在进行人工极化之前,它是各向同性的,显示不出压电性。在人工极化后,它就具有压电性了,沿极化方向有一根旋转对称轴。常见的压点陶瓷材料有钦酸钡、铅钦酸铅等。其中,改进铅钦酸铅材料制成的压电陶瓷片(PZT),其伸长形变方向与电场方向平行,其微位移的线形好、转换效率高,性能稳定。在这种模式下,位移方程为:
(2.5)
式中, 为伸长量,一般以微米为单位,D为压电陶瓷的压电系数,V为施加在压电陶瓷片上的电压。压电系数在电压变化过程中有微小的变化,即伸长量随电压变化有一定的非线性,这会给测量带来一定的误差,在实际使用中要加以注意。
PZT的主要性能指标有灵敏度、非线性、重复性和最大伸长量等。例如,一种适合光移相干涉用的PZT产品,其灵敏度为0.01 ,校正非线性1%,重复性1%,滞后性 6%,最大位移5.5 ,抗压强1000—2000N/cm2 ,加电压0~500V
2.2.2 光栅衍射移相
光栅衍射移相又称多通道的移相干涉测量技术.其方法是,用一光栅的各级衍射光(如0, 1级)先拍摄一张全息图,然后让光栅在其平面上沿垂直于刻线方向移动一个距离x,其结果又在0级与 1级中的衍射光中引入了分别0、 的相位变化。其中 , 为光栅常数,用这种方法,一次即可得到三幅移相的干涉图,故操作更为简便。但是由于要使三级衍射光分开,故检测的数据是取自探测器不同的部位,可能会引进一些误差。
2.2.3 偏振移相
偏振移相法的基本思想是将一个被检的二文相位分布 转化为一个二文线偏振编码场。这种编码场有两个特点。其一是振幅分布均匀;其二是各点的偏振角正比于该点的相位值。为了检验这个编码场,,需要一个检偏器。若检偏器的角度为 ,它与线偏振光方向的夹角为 ,按照马吕斯定律,检测到的光强为:
这也是干涉条纹形式,它有一个与偏振角有关的移相因子 。只要改变检偏角 ,即产生干涉条纹的移动。故又称之为偏振条纹扫描干涉。
偏振移相法有两个优点,其一是检偏器的转角可以精密控制,故移相准确度高;其二是特别适用于干涉系统难以改变于涉臂光程的场合。此法的缺点是难以制作大口径的偏振元件。
2.3 移相式数字波面干涉仪
随着光电技术、计算机技术和激光技术的迅速发展,干涉仪也从目视判读干涉条纹发展到光电接收、自动数据处理,并日趋自动化、智能化,测试对象也日益多样化。这些发展使得干涉仪的光机部分的比重越来越小,特别是激光光源的应用,使斐索和泰曼光路在应用上的区别几乎消失。为了适应新干涉技术(如移相、外差等)、新探测器(CCD, ICCD等)、新光源(红外激光光源、天体微弱星光等)的应用和测试对象的多样化(大到数米的天文反射镜、小到几毫米的激光棒),这些计算机控制的、自动处理数据的干涉仪可统称为数字波面干涉仪[8]。
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