La interferometría de patrón de moteado electrónico ( ESPI ), [1] también conocida como holografía de TV , es una técnica que utiliza luz láser, junto con detección, grabación y procesamiento de video para visualizar desplazamientos estáticos y dinámicos de componentes con superficies ópticamente rugosas. La visualización tiene forma de franjas en la imagen, donde cada franja normalmente representa un desplazamiento de la mitad de una longitud de onda de la luz utilizada (es decir, un cuarto de micrómetro más o menos).
ESPI se puede utilizar para la medición de tensión y deformación , análisis de modo de vibración y pruebas no destructivas . [2] ESPI es similar a la interferometría holográfica en muchos aspectos, pero también existen diferencias significativas [3] entre las dos técnicas.
Cómo funciona
El componente bajo investigación debe tener una superficie ópticamente rugosa de modo que cuando sea iluminado por un rayo láser expandido, la imagen formada sea un patrón de moteado subjetivo . La luz que llega a un punto de la imagen moteada se dispersa desde un área finita del objeto, y su fase , amplitud e intensidad , todas aleatorias, están directamente relacionadas con la microestructura de esa área en el objeto.
Un segundo campo de luz, conocido como rayo de referencia, se deriva del mismo rayo láser y se superpone a la imagen de la cámara de video (diferentes configuraciones permiten realizar diferentes medidas). Los dos campos de luz interfieren y el campo de luz resultante tiene amplitud, fase e intensidad aleatorias y, por lo tanto, también es un patrón de moteado. Si el objeto se desplaza o se deforma, la distancia entre el objeto y la imagen cambiará y, por lo tanto, cambiará la fase del patrón de moteado de la imagen. Las fases relativas de referencia y haz del objeto cambian y, por lo tanto, cambian las intensidades del campo de luz combinado. Sin embargo, si el cambio de fase del campo de luz del objeto es un múltiplo de 2π, las fases relativas de los dos campos de luz no cambiarán y la intensidad de la imagen general tampoco cambiará.
Para visualizar este efecto, la imagen y los haces de referencia se combinan en una cámara de video y se graban. Cuando el objeto ha sido desplazado / deformado, la nueva imagen se resta punto por punto de la primera imagen. La imagen resultante es un patrón moteado con 'franjas' negras que representan contornos de 2nπ constante.
Configuraciones
Medición de desplazamiento fuera del plano
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/1/1f/ESPI_out-of-plane.svg/200px-ESPI_out-of-plane.svg.png)
El rayo de referencia es un rayo expandido derivado del rayo láser y se agrega a la imagen del objeto que se forma en la cámara de video.
La amplitud de la luz en cualquier punto de la imagen es la suma de la luz del objeto (haz del objeto) y el segundo haz (haz de referencia). Si el objeto se mueve en la dirección de visualización, la distancia recorrida por el haz del objeto cambia, su fase cambia y, por lo tanto, cambia la amplitud de los haces combinados. Cuando el segundo patrón de moteado se resta del primero, se obtienen franjas que representan contornos de desplazamiento a lo largo de la dirección de visualización (desplazamiento fuera del plano). No se trata de franjas de interferencia, ya veces se las denomina franjas de "correlación", ya que trazan áreas del patrón de moteado que están más o menos correlacionadas. Estrictamente hablando, las franjas representan un desplazamiento puramente fuera del plano solo si la superficie está iluminada normalmente (esto requiere que se use un divisor de haz para iluminar el objeto), pero la dependencia del movimiento en el plano es relativamente pequeña a menos que la iluminación del objeto está bien lejos de la dirección normal.
Los flecos en la imagen de arriba son flecos fuera del plano. La placa se ha girado alrededor de un eje vertical y las franjas representan contornos de desplazamiento constante. El intervalo de contorno es de aproximadamente 0,3 μm desde que se utilizó un láser He-Ne en el sistema. Como ocurre con muchas técnicas interferométricas, no es posible identificar la franja de orden cero sin información adicional del sistema. Eso significa que un movimiento de cuerpo rígido de media longitud de onda (0.3μm) hacia la cámara no cambia el patrón de franjas.
La interferometría holográfica proporciona la misma información que las franjas ESPI fuera del plano.
Medición de vibraciones fuera del plano
La disposición óptica es la misma que para el desplazamiento fuera del plano anterior. El objeto vibra a una frecuencia específica. Las partes del objeto que no se muevan seguirán moteadas. Se puede demostrar que las partes del objeto que vibran con amplitudes de nλ / 4 tienen un mayor contraste de motas que las partes que vibran a (n + ½) λ / 4.
Este sistema es más sencillo de operar que cualquiera de los sistemas de medición de desplazamiento, ya que las franjas se obtienen sin que se requiera ningún registro. El modo de vibración se puede observar en la imagen de la cámara como una variación en el contraste de motas más que como una variación en la intensidad, pero es bastante difícil de discernir. Cuando la imagen se filtra con un filtro de paso alto, la variación de contraste se convierte en una variación de intensidad y se observa un patrón de franjas de la forma que se muestra en el diagrama donde las franjas son claramente visibles.
La interferometría holográfica se puede utilizar de la misma manera para trazar los modos de vibración.
Medición en el plano
El objeto está iluminado por dos rayos derivados del mismo rayo láser que inciden sobre el objeto desde lados opuestos. Cuando el objeto se desplaza o deforma en la dirección normal a la dirección de visión (es decir, en su propio plano), la fase de un haz aumenta, mientras que la del otro disminuye, de modo que cambia la fase relativa de los dos haces. Cuando este cambio es un múltiplo de 2π, el patrón de moteado coincide consigo mismo (permanece igual), mientras que en otros lugares cambia. [4] Cuando se utiliza la técnica de resta descrita anteriormente, se obtienen franjas que representan contornos de desplazamiento en el plano. [5]
Medición de gradiente de desplazamiento en el plano
El objeto está iluminado por dos rayos derivados del mismo láser que inciden sobre el objeto desde el mismo lado pero en diferentes ángulos. Cuando el objeto se desplaza o deforma dentro de su propio plano, las fases relativas de los dos haces cambian en proporción al gradiente [6] del desplazamiento en el plano. Nuevamente, se usa la resta de las dos imágenes para mostrar los flecos.
La interferometría holográfica no tiene equivalente a la medición en el plano [7] ESPI. La interferometría acústica, junto con los transductores acústicos electromagnéticos, es capaz de medir las dos polarizaciones de las vibraciones en el plano. [8]
Ver también
Referencias
- ^ Jones R & Wykes C, Interferometría holográfica y moteada, 1989, Cambridge University Press
- ↑ Shabestari, NP (2019). "Fabricación de un actuador piezoeléctrico simple y fácil de fabricar y su uso como desfasador en interferometría de patrón de moteado digital". Revista de Óptica . 48 (2): 272-282. doi : 10.1007 / s12596-019-00522-4 .
- ^ Schnars U, Falldorf C, Watson J, Jueptner W, Holografía digital y detección de frente de onda, Capítulo 8, segunda edición, 2014, Springer https://www.springer.com/de/book/9783662446928
- ^ Shabestari, NP (2019). "Fabricación de un actuador piezoeléctrico simple y fácil de fabricar y su uso como desfasador en interferometría de patrón de moteado digital". Revista de Óptica . 48 (2): 272-282. doi : 10.1007 / s12596-019-00522-4 .
- ^ Gasvik KJ, Metrología óptica, capítulo 6.3, 1987, John Wiley & Sons
- ^ Gasvik KJ, Metrología óptica, capítulo 6.3, 1987, John Wiley & Sons
- ^ Kreis T, Manual de interferometría holográfica, 2004, Wiley-VCH
- ^ Vibraciones en el plano de una placa rectangular: modelado y experimento de expansión de onda plana, A. Arreola-Lucas, JAFranco-Villafañe, G.Báez y RAMéndez-Sánchez, Journal of Sound and Vibration Volume 342, (2015), 168– 176