基于数字全息术的温度场及粗糙度测量实验研究

摘要

全息干涉技术已被广泛应用于诸多领域。尽管传统的光学全息干涉技术可以实现对物体的测量,但是全息底片后处理的非实时性又大大限制了其实际应用,而且在传输和保存方面也不够灵活。随着高分辨率CCD及高速计算机技术的发展使得对数字全息图的记录和数字化处理成为可能,因此数字全息得以快速发展。数字全息术是以光全息理论为基础,全息图由CCD数字化记录后,输入计算机,用模拟参考光进行再现,实现了全息图的记录、再现和传输全过程的数字化。通过对全息图进行预处理、数值再现、相位畸变矫正、相位解包裹等,可以从一幅全息图中同时获取物场定量的振幅和相位信息,于是数字全息可实现无损、实时、定量的全场测量,从而使数字全息拥有广阔的应用前景。本文从理论和实验两方面详细分析和讨论了无透镜傅里叶变换数字全息术在温度场温度分布以及表面粗糙度测量方面的应用,其主要内容包括:
　　 1、被测温度场的温度分布与透过温度场的光波相位分布之间存在着特定的关系,而数字全息术可提供高分辨率、定量的被测温度场的相位分布信息,从而实现温度场的非接触式温度分布全场测量。本文采用透射式的无透镜傅里叶变换数字全息装置,首先测量了烙铁周围不同位置区域温度场的温度分布,及其随着时间推移的变化过程;而后测量了垂直于散热板金属表面区域的温度场的温度分布,并利用散热板自带的热电耦温度测量系统进行了比较测量,两者结果符合。由此验证了数字全息术用于温度场温度分布测量的有效性。
　　 2、由于物场的相位信息,与物体的表面形貌高度及恒定的传播介质折射率之间存在特定的关系,只要获取准确的物场纵向相位分布信息,便可得到样品的表面形貌。本文采用反射式的无透镜傅里叶变换数字全息装置,测量了轮廓算术平均偏差Ra值分别为3.2um和1.6um的标准粗糙度样板的表面粗糙度,通过比较由数字全息术测得的轮廓算术平均偏差Ra值与给定评定参数,两者结果符合。由此体现了数字全息术用于表面粗糙度测量的适用性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 温度场及粗糙度测量的研究历史与背景

1.2 基于全息干涉测量技术的温度场及粗糙度测量研究现状

1.2.1 温度场测量的国内外研究现状

1.2.2 表面粗糙度测量的国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章 无透镜傅里叶变换数字全息基本理论

2.1 数字全息成像的基本原理

2.1.1 全息图的记录和再现

2.1.2 数字全息图的记录和再现

2.2 无透镜傅里叶变换数字全息术

2.2.1 无透镜傅里叶变换数字全息的记录和数值再现

2.2.2 无透镜傅里叶变换数字全息的基本特征

2.2.3 无透镜傅里叶变换数字全息的位相畸变矫正

2.3 本章小结

第3章 基于数字全息术的温度场测量实验研究

3.1 基于数字全息术的温度场测量原理

3.2 实验设计与分析

3.2.1 透射式无透镜傅里叶变换数字全息实验装置

3.2.2 以烙铁为测量对象的定性温度场分析

3.2.3 基于散热板的定量温度分布测量

3.3 本章小结

第4章 基于数字全息术的表面粗糙度测量实验研究

4.1 表面粗糙度测量的基本概念

4.1.1 评定基准

4.1.2 取样长度和评定长度

4.1.3 评定表面粗糙度的参数

4.2 基于数字全息术的表面粗糙度测量原理

4.3 表面粗糙度测量的实验与分析

4.3.1 反射式无透镜傅里叶变换数字全息实验装置

4.3.2 标准粗糙度样板测量实验结果

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢