基于正弦相位调制的光栅干涉法测量振动物体面形的研究

摘要

正弦相位调制干涉测量法是对参考光束进行正弦相位调制，并对干涉信号进行分析，求出被测物体物理量的方法。该方法具有结构简单、测量精度高、抗干扰能力强等优点。在位移、振动、表面形貌、微角度测量等领域已成为一项重要的高精度测量技术。 在本论文中，首先介绍了光栅副中光的衍射及干涉现象和频谱分析原理，并阐述了光栅调制测形原理。 其次，根据正弦相位调制光栅干涉法的原理对一个振动物体的二维表面形貌进行测量，选择合适的光学元件后，经过光路系统的搭建和调试，对带有正弦振动的塑料板进行实验测试，通过高速工业相机采集到一个正弦振动周期内不同时刻的干涉条纹。 最后，根据位相物体的光学显示方法，用MATLAB软件编写程序，对在一个正弦振动周期内三个不同时刻的干涉条纹图像进行处理分析和数值计算，分别是位移振动到正最大、位移振动到接近零和位移振动到负最大的三幅干涉图，求出这三幅干涉图的相位分布，进而结合相位分布与振动物体面形的关系，得出了振动物体在这三个位置的二维表面形貌分布，从而绘出相应的振动物体的面形图。 实验表明，正弦相位调制干涉测量法能够对十微米数量级左右的振动物体进行二维表面形貌测量，因此具有实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1研究背景和选题依据

1.2课题来源和研究意义

1.3本文所做的主要工作

第2章光栅副的干涉法

2.1光栅副的干涉原理

2.1.1基波与谐波

2.1.2衍射光的干涉

2.2频谱分析原理

2.2.1付里叶频谱

2.2.2矩形光栅副的调制光场(空间域)

2.2.3相移定理

第3章光栅调制测形原理

3.1面形信息调制

3.1.1变形光栅图像的数学描述

3.1.2变形光栅信息解调

3.2变形光栅形貌法

3.2.1付里叶变换轮廓术

3.2.2空间相位检测术

第4章正弦相位调制的光栅干涉法测量振动物体面形

4.1常见的位相物体光显示方法

4.2正弦相位调制的光栅干涉仪的应用

4.3正弦相位调制的光栅干涉法测量面形

4.3.1正弦相位调制的光栅干涉光路

4.3.2干涉条纹采集和被测信息提取

4.4正弦相位调制光栅干涉光学系统的搭建和调整

第5章干涉图像处理和面形计算

5.1干涉图像处理和振动物体面形计算

5.2干涉图像处理和面形计算的MATLAB程序

第6章结论与展望

附录

参考文献

致谢