專利名稱：X射線散斑裝置及其在微位移測量中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及散斑計(jì)量，特別是一種X射線散斑裝置及其在微位移測量中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
當(dāng)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(shí)，呈現(xiàn)出斑點(diǎn)狀的圖樣，我們把每個(gè)斑點(diǎn)稱為散斑，整個(gè)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(zhì)量和限制干涉條紋清晰度的光學(xué)噪聲，但近20余年發(fā)展起來的散斑攝影術(shù)和散斑干涉度量術(shù)，卻形成了一種嶄新的光測力學(xué)方法—散斑計(jì)量學(xué)。目前，散斑效應(yīng)已廣泛地應(yīng)用于表面粗糙度研究、光學(xué)圖像處理、光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整和鏡頭成像質(zhì)量評價(jià)等方面。但通常采用散斑計(jì)量束測量物體表面的面內(nèi)位移，由此引申出空間位移場、應(yīng)變場的測試、距離及速度的測量、振動分析以及進(jìn)行位相物體研究等。這些方法的優(yōu)點(diǎn)是幾何光路簡單，降低了對機(jī)械穩(wěn)定性的要求，易于測試面內(nèi)位移，且測試靈敏度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
散斑的物理機(jī)制可簡單說明如下當(dāng)相干光照射到物體表面時(shí)，物體表面上的每一個(gè)點(diǎn)或面元，特別是在X射線波段，光學(xué)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(gè)物點(diǎn)散射的光將和其他物點(diǎn)散射的光干涉，又因?yàn)槲矬w表面元是隨機(jī)分布的，這種隨機(jī)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(jī)的空間光強(qiáng)分布。當(dāng)把探測器置于光場中時(shí)，將記錄到一種雜亂無章的干涉圖樣，并呈現(xiàn)顆粒狀結(jié)構(gòu)，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(shù)已獲得了廣泛的應(yīng)用。但是，激光散斑最大的缺點(diǎn)是往往在可見波段，波長太長，因而測試精度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，克服上述在先技術(shù)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(yīng)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(gè)量級。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)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(jìn)行預(yù)放大，然后用光刻膠記錄。如果對測試物體在運(yùn)動前后應(yīng)用二次曝光法拍攝散斑圖樣，并假設(shè)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(gè)同樣的、但位置稍微錯開的散斑圖。這樣，其中的各散斑點(diǎn)都是成對出現(xiàn)的，這相當(dāng)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(diǎn)的位移量值和方位，當(dāng)用相干光束照射此散斑底片時(shí)，將發(fā)生楊氏雙孔干涉現(xiàn)象。
本發(fā)明的技術(shù)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(zhì)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(zhì)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(xué)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(shè)置微波帶片和記錄介質(zhì)；②對待測物在運(yùn)動前后應(yīng)用二次曝光法由記錄介質(zhì)記錄散斑圖樣，將該記錄介質(zhì)進(jìn)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(jì)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(guān)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(shù)效果如下當(dāng)用相干的X射線照明待測物以后，將產(chǎn)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(zhì)上，待測物微位移，然后進(jìn)行第二次曝光，并記錄，此時(shí)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(jì)算出待測物的位移量。
與在先技術(shù)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(yù)放大，結(jié)構(gòu)非常簡單，具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景，將填補(bǔ)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(shí)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(zhì)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(zhì)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(xué)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(shè)置微波帶片3和記錄介質(zhì)4；②對待測物2在運(yùn)動前后應(yīng)用二次曝光法由記錄介質(zhì)4記錄散斑圖樣，將該記錄介質(zhì)進(jìn)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(jì)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(guān)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(xì)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(gè)小區(qū)域的頻譜。這時(shí)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(chǎn)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(diǎn)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(diǎn)發(fā)生的實(shí)際位移量值應(yīng)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(zhì)4放置在距波帶片100mm處，進(jìn)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(zhì)上進(jìn)行第二次曝光。將兩次曝光記錄介質(zhì)進(jìn)行顯影、定影、晾干處理，然后放在圖2所示的裝置上進(jìn)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(dāng)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(quán)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(zhì)(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(zhì)(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(quán)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(quán)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(xué)表面。
4.根據(jù)權(quán)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(quán)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(quán)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(shè)置微波帶片(3)和記錄介質(zhì)(4)；②對待測物(2)在運(yùn)動前后應(yīng)用二次曝光法由記錄介質(zhì)(4)記錄散斑圖樣，將該記錄介質(zhì)進(jìn)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(jì)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(guān)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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(yù)放大，結(jié)構(gòu)非常簡單，具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景，將填補(bǔ)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(quán)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(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所