La interferometría electrónica de patrones de moteado ( ESPI ), [1] también conocida como holografía de televisión , 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 se realiza en forma de franjas en la imagen, donde cada franja normalmente representa un desplazamiento de media longitud de onda de la luz utilizada (es decir, un cuarto de micrómetro aproximadamente).
La ESPI se puede utilizar para medir tensiones y deformaciones , analizar modos de vibración y realizar pruebas no destructivas . [2] La ESPI es similar a la interferometría holográfica en muchos aspectos, pero también existen diferencias significativas [3] entre las dos técnicas.
El componente bajo investigación debe tener una superficie ópticamente rugosa de modo que cuando se ilumina con un haz láser expandido, la imagen formada sea un patrón moteado subjetivo . La luz que llega a un punto en la imagen moteada se dispersa desde un área finita del objeto, y su fase , amplitud e intensidad , que son todas aleatorias, están directamente relacionadas con la microestructura de esa área en el objeto.
Un segundo campo de luz, conocido como haz de referencia, se deriva del mismo haz láser y se superpone a la imagen de la cámara de vídeo (diferentes configuraciones permiten realizar diferentes mediciones). 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 del haz de referencia y del objeto cambian y, por lo tanto, las intensidades del campo de luz combinado cambian. 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, se combinan los rayos de imagen y de referencia en una cámara de vídeo y se graban. Cuando el objeto se ha desplazado/deformado, la nueva imagen se resta punto por punto de la primera imagen. La imagen resultante es un patrón de moteado con "franjas" negras que representan contornos de 2nπ constante.
El haz de referencia es un haz expandido derivado del rayo láser y se agrega a la imagen del objeto que se forma en la cámara de vídeo.
La amplitud de la luz en cualquier punto de la imagen es la suma de la luz del objeto (haz del objeto) y del segundo haz (haz de referencia). Si el objeto se mueve en la dirección de la observación, la distancia recorrida por el haz del objeto cambia, su fase cambia y, por lo tanto, la amplitud de los haces combinados cambia. 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 observación (desplazamiento fuera del plano). Estas no son franjas de interferencia y, a veces, se las denomina franjas de "correlación", ya que representan 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 utilice 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 esté muy alejada de la dirección normal.
Las franjas de la imagen superior son franjas fuera del plano. La placa se ha girado sobre un eje vertical y las franjas representan contornos de desplazamiento constante. El intervalo de contorno es de aproximadamente 0,3 μm, ya 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 (0,3 μm) hacia la cámara no cambia el patrón de franjas.
La interferometría holográfica proporciona la misma información que las franjas ESPI fuera del plano.
La disposición óptica es la misma que para el desplazamiento fuera del plano descrito anteriormente. El objeto vibra a una frecuencia específica. Las partes del objeto que no se mueven seguirán estando moteadas. Se puede demostrar que las partes del objeto que vibran con amplitudes de nλ/4 tienen un mayor contraste de moteado que las partes que vibran a (n+½)λ/4.
Este sistema es más sencillo de utilizar que cualquiera de los sistemas de medición de desplazamiento, ya que las franjas se obtienen sin necesidad de realizar ninguna grabación. El modo de vibración se puede observar en la imagen de la cámara como una variación en el contraste de moteado en lugar de 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 en el contraste se convierte en una variación en la 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 mapear los modos de vibración.
El objeto es iluminado por dos haces derivados del mismo haz láser que inciden sobre el objeto desde lados opuestos. Cuando el objeto se desplaza o deforma en la dirección normal a la dirección de observación (es decir, en su propio plano), la fase de un haz aumenta, mientras que la del otro disminuye, de modo que la fase relativa de los dos haces cambia. Cuando este cambio es un múltiplo de 2π, el patrón de moteado coincide consigo mismo (permanece igual), mientras que en el resto del plano cambia. [4] Cuando se utiliza la técnica de sustracción descrita anteriormente, se obtienen franjas que representan contornos de desplazamiento en el plano. [5]
El objeto se ilumina con dos haces derivados del mismo láser que inciden sobre el objeto desde el mismo lado pero en diferentes ángulos. Cuando el objeto se desplaza o se 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 utiliza la resta de las dos imágenes para mostrar las franjas.
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]