当激光（甚至白光）自物体表面漫反射,或通过透明散射体时，在散射体附近（或表面）光场中，可以观察到或照相记录下一种无规则分别的明暗颗粒状散斑，这种散斑过去往往把它视为降低成像质量和限制干涉条纹清晰度的光学噪声。近年来发展起来的散斑摄影术，正是利用了激光或白光的散斑形成一种崭新的光学測量方法。本文分析了散斑的特点及散斑干涉的原理，设计了一种数字散斑干涉的振动測量系统,使用该系统测量单边固定铝板的振动，给出了物体振动振幅分布的计算机定量结果。

2.      散斑干涉法测量振动原理

(1)激光散斑的特点

散斑的物理起因可定性看作是由于激光照射到物质表面时，物质表面上每个散射点都可看作是一子波源，它们都要散射光，由于激光的高度相干性,形成多点光漶的散射光在空间相互干涉。

根据统计光学研究得到的结论，在照明光为偏振单色光，且其偏振状态不因散射而改变的假设下，每一散射光光波的复振幅和相位与统计无关，相位φk均勾分布在-π和+ π之间。当独立的散射面元N足够大时，在现察点求得的光场u（x,y,z）的实部和虚部是独立的，其平均值为0,都是无规变量的高斯分布，并且張度分布遵守负指数统计分布，即u（x,y,z）的实部和虚部的联合概率密度函数为：

式中，

光强度的概率密度函数为：

式中，I为探测器在观察平面上某点实测的光强度，<I>是它的平均值，即

散斑图的衬度为光强度的标准偏差σi与平均光强度<I>之比，即

散斑的大小，随現察的方式不同而不同。当正面接收时，散斑的平均直径为：

式中，D为散射面的直径；z为现察面与散斑面之间的距离。如果在侧面接收，散斑的平均长度l为：

若用透镜现察散斑面的像，則散斑的平均直径为：

式中，Zf为像距；Dl为透镜口径；M为軸向放大率；F为相对孔径的倒数。

 

(2)散斑干涉测量振动原理

散斑干涉术与散斑照相术的主要区别在于散斑干涉术在散斑场要增加一组参考光，与散斑场发生干涉产生干涉条纹。因此，散斑干涉术除记录散斑场本身外,还有与参考光干涉的条纹。图1给出了用散斑干涉法测量振动的原理困。被研究的表面用激光照明，并用一个可以控制散斑尺寸的可变孔径成像。由表面波节区域散射的光线在现察平面上形成一个清淅的静止散斑图样。由于波节区的散斑对比度较高，故观察者可以观察到的散斑对比度的等值带就是振动振幅的等值线。

3.双光束激光散斑干涉振动测置系统设计

图2为数字散斑干涉的振动测量系洗。图中采用了双散斑干涉的光路，计算输出的教字量经 D/A直流放大器，转換成一定的穩定电压，驱动压电陶瓷来改变光程,从被测物体的照明光路中引入相移量。信号发生器输出的正弦信号分布被送到声光开关驱动源及功率放大器。驱动源产生一脉冲电压加在声光开关上，对连续波激光进行调制，产生頻闪照明，光脉冲的宽度相位可以随意调节， 功放输出的正弦电压驱动激振器使被测物体与光脉冲在同样的频率下振动。

CCD摄像机、PCVISION - PLUS图像采集卡及IBM- PC/AT微型计算机构成了图像处理系统。物体成像于CCD靶面，并被数字化为256 x 256x8bit图像。在计算机控制下，t1时刻取一幅图，t2时刻取相应相移量下的三幅图，存放于幀存储器中。数据采集完后，自动进行相减运算、平方变換、条纹预处理、相位计算操作等。

4.结果与讨论

困3为被测物体为一厚2mm,25cm x 25cm单边固定铝板在3880Hz的谐振频率下的散斑干涉 图。其中图3(a)为原始图像，图3(b)是经过图像处理消除背景嗓声后的散斑图。图4为物体振幅分布的计算机定量结果。

实验结果表明，这种方法具有全场、快速、高精度、操作简单方便的优点。