專利名稱：X射線散斑裝置及其在微位移測量中的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及散斑計量，特別是一種X射線散斑裝置及其在微位移測量中的應用。
背景技術：
當用相干光束照射一粗糙表面，即表面平均起伏大于照射光波波長的表面時，呈現(xiàn)出斑點狀的圖樣，我們把每個斑點稱為散斑，整個圖樣稱為散斑圖樣，這種散斑現(xiàn)象是使用相干光束照明所特有的。
以往常把散斑圖樣看作是降低成像質量和限制干涉條紋清晰度的光學噪聲，但近20余年發(fā)展起來的散斑攝影術和散斑干涉度量術，卻形成了一種嶄新的光測力學方法—散斑計量學。目前，散斑效應已廣泛地應用于表面粗糙度研究、光學圖像處理、光學系統(tǒng)的調整和鏡頭成像質量評價等方面。但通常采用散斑計量束測量物體表面的面內位移，由此引申出空間位移場、應變場的測試、距離及速度的測量、振動分析以及進行位相物體研究等。這些方法的優(yōu)點是幾何光路簡單，降低了對機械穩(wěn)定性的要求，易于測試面內位移，且測試靈敏度可在一定范圍內調節(jié)。
散斑的物理機制可簡單說明如下當相干光照射到物體表面時，物體表面上的每一個點或面元，特別是在X射線波段，光學表面起伏可小于納米顆粒，都可視為子波源，它們都要散射光。由于光的高相干性，由一個物點散射的光將和其他物點散射的光干涉，又因為物體表面元是隨機分布的，這種隨機特性由表面粗糙度引起，則由它們散射的各子波相干疊加，形成的反射光場具有隨機的空間光強分布。當把探測器置于光場中時，將記錄到一種雜亂無章的干涉圖樣，并呈現(xiàn)顆粒狀結構，即“散斑”分布。
通常散斑是用高度相干的激光作光源，激光散斑技術已獲得了廣泛的應用。但是，激光散斑最大的缺點是往往在可見波段，波長太長，因而測試精度低。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，克服上述在先技術的不足，提出一種X射線散斑裝置及其在微位移測量中的應用。由于采用了短波長，測試精度較可見光波段要提高3～4個量級。
本發(fā)明的實質是利用相干的硬X射線作光源，微波帶片將表面起伏在納米以下顆粒進行預放大，然后用光刻膠記錄。如果對測試物體在運動前后應用二次曝光法拍攝散斑圖樣，并假設位移的量值大于散斑特征尺寸，那么，在同一底片上就記錄了兩個同樣的、但位置稍微錯開的散斑圖。這樣，其中的各散斑點都是成對出現(xiàn)的，這相當于在底片上布滿了無數(shù)的“楊氏雙孔”，各“雙孔”的孔距和連線反映了“雙孔”所在處像點的位移量值和方位，當用相干光束照射此散斑底片時，將發(fā)生楊氏雙孔干涉現(xiàn)象。
本發(fā)明的技術解決方案如下一種X射線散斑裝置，其特征在于該裝置包括X射線散斑成像裝置和讀出裝置，所述的X射線散斑成像裝置由X射線源、待測物、微波帶片和記錄介質組成，所述的的待測物置于X射線源輸出的光路上，該待測物的法線與X射線光軸成一夾角θ，所述的微波帶片和記錄介質與待測物的法線同軸，所述的讀出裝置由同軸放置的He-Ne激光器、記錄有散斑圖樣的照片和成像屏組成。
所述的相干硬X射線源是一臺同步輻射源，或者X射線微聚焦管，波長從到0.1到10。
所述的待測物是一種表面起伏在10以上的光學表面。
所述的微波帶片是一塊波帶數(shù)大于500的成像波帶片。
所述待測物法線與X射線光軸所成夾角θ的取值范圍為10-50°。
利用所述的X射線散斑裝置測量物體微位移的方法，其特征在于包括下列步驟①將待測物置于X射線源輸出的光路上，該待測物的法線與X射線光軸成一夾角θ，在該待測物的法線上依次設置微波帶片和記錄介質；②對待測物在運動前后應用二次曝光法由記錄介質記錄散斑圖樣，將該記錄介質進行顯影、定影、晾干處理，形成具有散斑圖樣的照片；③將散斑圖樣的照片置于所述的讀出裝置，用He-Ne激光器照明所述的散斑圖樣的照片，在成像屏上生成干涉條紋，測出干涉條紋間距l(xiāng)；④按下列公式計算待測物的微位移量LL＝l/M＝z0λ/(MΔd)，式中Δd為相鄰亮條紋的間隔或相鄰暗條紋的間隔，滿足關系式l＝z0λ/Δdl為“雙孔”間距，λ為激光波長，M為微波帶片的放大率，z0為散斑圖樣的照片和成像屏之間的距離。
本發(fā)明的技術效果如下當用相干的X射線照明待測物以后，將產生散斑，由于散斑顆粒較小，采用微波帶片將散斑放大約1000倍，并成像在記錄介質上，待測物微位移，然后進行第二次曝光，并記錄，此時散斑尺寸約為1μm大小，然后用He-Ne激光照明，觀察干涉條紋，根據(jù)所述公式可計算出待測物的位移量。
與在先技術相比，本發(fā)明的X射線散斑裝置工作在X射線波段，測試精度較可見光要高3～4數(shù)量級，由于采用微波帶片預放大，結構非常簡單，具有很高的學術價值和應用前景，將填補微位移測量的空白。
圖1為本發(fā)明的X射線散斑裝置的成像裝置的光路圖。
圖2為本發(fā)明的X射線散斑裝置的讀出裝置的光路圖。
具體實施例方式
先請參閱圖1和圖2，由圖可見，本發(fā)明的X射線散斑裝置，包括X射線散斑成像裝置和讀出裝置兩部分，所述的X射線散斑成像裝置由X射線源1、待測物2、微波帶片3和記錄介質4組成，所述的的待測物2置于X射線源1輸出的光路上，該待測物2的法線與X射線光軸成一夾角θ，所述的微波帶片3和記錄介質4與待測物2的法線同軸，所述的讀出裝置由同軸放置的He-Ne激光器5、記錄有散斑圖樣的照片6和成像屏7組成。
所述的相干硬X射線源1是一臺同步輻射源，或者X射線微聚焦管，波長從到0.1到10。
所述的待測物2是一種表面起伏在10以上的光學表面。
所述的微波帶片3是一塊波帶數(shù)大于500的成像波帶片。
所述的待測物2的法線與X射線光軸所成夾角θ的取值范圍為10-50°。
利用所述的X射線散斑裝置測量物體微位移的方法，其特征在于包括下列步驟①將待測物2置于X射線源1輸出的光路上，該待測物2的法線與X射線光軸成一夾角θ，在該待測物2的法線上依次設置微波帶片3和記錄介質4；②對待測物2在運動前后應用二次曝光法由記錄介質4記錄散斑圖樣，將該記錄介質進行顯影、定影、晾干處理，形成具有散斑圖樣的照片6；③將散斑圖樣的照片6置于所述的讀出裝置，用He-Ne激光器5照明所述的散斑圖樣的照片6以后，即在成像屏7上生成干涉條紋，測出干涉條紋間距l(xiāng)；④按下列公式計算待測物2的微位移量LL＝l/M＝z0λ/(MΔd)，式中Δd為相鄰亮條紋的間隔或相鄰暗條紋的間隔，滿足關系式l＝z0λ/Δdl為“雙孔”間距，
λ為激光波長，M為微波帶片3的放大率為，z0為散斑圖樣的照片6和成像屏7之間的距離。
本發(fā)明的工作原理和基本過程將拍攝好的二次曝光的散斑圖樣的照片6，采用細激光束垂直照明二次曝光散斑圖底片，在其后面距離z0處平行放置觀察屏7，每次觀察底片上一個小區(qū)域的頻譜。這時在觀察屏7上將會看到，由散斑底片被照明小區(qū)域的“散斑對”所產生的楊氏雙孔干涉條紋，它們是一系列的平行直線，相鄰亮條紋的間隔和相鄰暗條紋的間隔Δd均滿足l＝z0λ/Δd (1)式中，l為“雙孔”間距(即位移量值)，λ為激光波長，且條紋取向與“雙孔”連線(即位移的方位)垂直，由此便可求出待測物體表面各點的位移大小和方位。注意，上述位移量是經(jīng)過微波帶片透鏡放大了的值。若成像散斑的放大率為M，則待測物體表面各點發(fā)生的實際位移量值應為L＝l/M＝z0λ/(MΔd)，M＝v/u (2)將待測物2斜放在X射線1的光路上，X射線光軸與待測物法線成20°角，如圖1所示，將波帶片3與待測物2法線同軸，距待測物距離為100.1μm，將記錄介質4放置在距波帶片100mm處，進行第一次曝光。然后微移待測物，上移量約10，在同一上記錄介質上進行第二次曝光。將兩次曝光記錄介質進行顯影、定影、晾干處理，然后放在圖2所示的裝置上進行閱讀，按公式(2)就可測出待測物移動的距離。
本發(fā)明的讀出裝置如圖2所示，它是由三部分組成He-Ne激光器5，記錄有散斑圖樣的照片6和成像屏7。
當He-Ne激光器5照明有散斑圖樣的照片6以后，即可在成像屏7上看到干涉條紋，測出干涉條紋間距，就可按公式(2)求得待測物2的移動量。
權利要求
1.一種X射線散斑裝置，其特征在于該裝置包括X射線散斑成像裝置和讀出裝置，所述的X射線散斑成像裝置由X射線源(1)、待測物(2)、微波帶片(3)和記錄介質(4)組成，所述的的待測物(2)置于X射線源(1)輸出的光路上，該待測物(2)的法線與X射線光軸成一夾角θ，所述的微波帶片(3)和記錄介質(4)與待測物(2)的法線同軸，所述的讀出裝置由同軸放置的He-Ne激光器(5)、記錄有散斑圖樣的照片(6)和成像屏(7)組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的X射線散斑裝置，其特征在于所述的相干硬X射線源(1)是一臺同步輻射源，或者X射線微聚焦管，波長從到0.1到10。
3.根據(jù)權利要求1所述的X射線散斑裝置，其特征在于所述的待測物(2)是一種表面起伏在10以上的光學表面。
4.根據(jù)權利要求1所述的X射線散斑裝置，其特征在于所述的微波帶片(3)是一塊波帶數(shù)大于500的成像波帶片。
5.根據(jù)權利要求1所述的X射線散斑裝置，其特征在于所述的待測物(2)的法線與X射線光軸所成夾角θ的取值范圍為10-50°。
6.利用權利要求1所述的X射線散斑裝置測量物體微位移的方法，其特征在于包括下列步驟①將待測物(2)置于X射線源(1)輸出的光路上，該待測物(2)的法線與X射線光軸成一夾角θ，在該待測物(2)的法線上依次設置微波帶片(3)和記錄介質(4)；②對待測物(2)在運動前后應用二次曝光法由記錄介質(4)記錄散斑圖樣，將該記錄介質進行顯影、定影、晾干處理，形成具有散斑圖樣的照片(6)；③將散斑圖樣的照片(6)置于所述的讀出裝置，用He-Ne激光器(5)照明所述的散斑圖樣的照片(6)以后，即在成像屏(7)上生成干涉條紋，測出干涉條紋間距l(xiāng)；④按下列公式計算待測物(2)的微位移量LL＝l/M＝z0λ/(MΔd)，式中Δd為相鄰亮條紋的間隔或相鄰暗條紋的間隔，滿足關系式l＝z0λ/Δdl為“雙孔”間距，λ為激光波長，M為微波帶片(3)的放大率為，z0為散斑圖樣的照片(6)和成像屏(7)之間的距離。
全文摘要
一種X射線散斑裝置及其在微位移測量中的應用，所述的X射線散斑裝置包括X射線散斑成像裝置和讀出裝置兩部分，所述的X射線散斑成像裝置由X射線源、待測物、微波帶片和記錄介質組成，所述的待測物置于X射線源輸出的光路上，該待測物的法線與X射線光軸成一夾角θ，所述的微波帶片和記錄介質與待測物的法線同軸，所述的讀出裝置由同軸放置的He－Ne激光器、記錄有散斑圖樣的照片和成像屏組成。本發(fā)明的X射線散斑裝置工作在X射線波段，測試精度較可見光要高3～4數(shù)量級，由于采用微波帶片預放大，結構非常簡單，具有很高的學術價值和應用前景，將填補微位移測量的空白。
文檔編號G01B11/02GK1632450SQ20051002320
公開日2005年6月29日 申請日期2005年1月10日 優(yōu)先權日2005年1月10日
發(fā)明者陳建文, 高鴻奕, 李儒新, 朱化鳳, 干慧菁, 徐至展 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所