全像干涉量測

 

全像術在檢測上,有如下幾個優點:

A.雷射光的測試,並不破壞待測物,這是因為光是一種非接觸性的探測。

B.利用全像干涉術測試,一次可以完成一個面之機械變形乃至一個三維的氣體流場分佈測試,這是strain gauge LDV (雷射都普勒測速)等其他方法(只能作定點的測量)所不能勝任的地方。

C.只需微秒之極短時間即可完成量測工作,如不考慮沖洗時間,它所需測量時間極短, 一般攝取一幅全像片的時間為數 ms - mu s 之間。

D.如使用全像照相機,則在高溫或惡劣之環境下亦可量測。

E.靈敏度高,可很精確的得到量測結果。

 

  我們可以把每次曝光所得到的全像片當成一種光柵,只不過光柵中記錄是一種較為雜亂(random 的條紋,當兩個以上的光柵疊加在一起,即產生了疊紋,也就能夠將微小的變化量放大成大信號。

  有人也將全像片的記錄過程視為參考光對照物光的一種編碼行為,而重建時原始參考光的入射,則是解碼的作用。總而言之,全像干涉量測技術就如同一般的許多量測行為一般,將兩個並不完全相同但非常近似的訊息疊加在一起,因而使得極細微的變化量成為很明顯的信號。

  正由於全像術的靈敏特性,因此極微小的量也可以察覺,一些有趣的應用,例子如計算陶瓷材料的波松比,尋找古銅鏡正面打光出現背面龍鳳條紋的原因...等等,皆顯露出全像技術的卓越靈敏度。但一般全像術在拍攝之過程中要求十分嚴格,比如防震與遮光的問題,常使它無法走出實驗室,因此很難施行于設備體積龐大,環境複雜的工廠中。然而全像照相機克服了此一缺點,雷射脈衝之時間通常只有幾NS,拍攝時不怕干擾,也不需將待測物搬上全像桌。

  全像照相機結合了全像術和照相機的特性。一般全像照相機之本體包括有兩個放大器的紅寶石雷射,偵查脈衝本身輸出能量的感測器,發出重建光的氦氖雷射,以及導光的光學系統。如果能將脈衝雷射之頻率調整到與待測之振動固體之兩振動尖峰值,則干涉條紋將隨位移變大而變密。

  全像術一般必須使用導光設施形成參考光及照物光,為了讓這兩種光在底片上干涉時有良好之效果,其光場強度分佈便須作多方面的考慮,而在全像照相機中,其導光系統安排來不用說將更費苦心了(例如參考光約 5 公尺之補償路徑安排來便非易事)。

  在理想中,我們可以開著巡迴服務車,使用全像照相機為工廠中各種機器作診斷,諸如殘留應力分析,渦輪葉片震動分析,工具機精密加工之震顫問題,機械臂變形之探討...等等疑難雜症,莫不可以當場拍攝沖洗後,馬上就有答案出來,而且提供的是全場分析的結果,如把它和一般電氣式的量測方法相比較,一般電氣式儀器只能在機器設備上選取數點作檢測,所得到的說服力自然遠不如全像照相機了。

  全像照相機照理應是工業檢測之一項利器,但看來總稍嫌笨重了些。例如APPOLO LASERS INC.所研製的全像照相機,雖然其本體之體積並不算很龐大(1m times 0.7m times 0.3m),但由于它仍然免不了要帶著高電壓電源供應器( 1.5m times 0.6m times 0.85m)及其它一些輔助設備等累贅,因此總重量往往高達 2000lb。又,吾人如若將全像照相機架上三角架,安上直徑150mm之滾輪,像是CEGB西南科學中心所研製的全像照相機(本體之體積1000mm´ 500mm´ 500mm)那樣,則運用時將更便利了。

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