数字全息干涉技术(DHI)用于温度场的测量研究

摘要

温度是与人们生产生活息息相关的一个物理参数，温度场测量在现代科学研究和国家经济发展中扮演着重要角色。温度场的测量方法很多，本文提出用数字全息干涉技术用于温度场的测量方法，继承了传统光学全息测量温度场的优点，以温度场中温度的变化转化为折射率的变化并以干涉条纹的形式记录下来，与目标温度场无接触，不会引入新的误差。同时数字全息干涉术又具备其自身的优点，它以光电耦合器件CCD取代传统的全息干板作为记录介质，以CCD记录温度场的信息，可以直接存储于计算机中进行处理，从而避免了大量繁琐的程序，节省了时间，提高了效率。　　论文通过分析比较两类最基本的数字全息记录光路同轴全息和离轴全息的优缺点和适用范围，选择了透射式离轴数字全息作为最终的采集光路。文中对数字全息中两种最基本的重建算法卷积法和菲涅尔法作了较为详细的说明。本文主要研究的是轴对称温度场，以常见的电烙铁芯周围的温度场作为实验目标，分别记录其在通电加热前后两个状态下周围温度场的全息图，提出了数字相减的方法对全息图进行处理，获取了较为清晰的干涉条纹图，这些条纹记录了温度场的信息。本文提出了用巴特沃斯低通滤波器处理干涉条纹图，实验也验证了通过巴特沃斯低通滤波器滤波后，能够得到效果更好的二值图。文中采用经典的Hilditch算法对二值图进行细化操作，提取条纹的中心线，虽然还是有些“分叉”现象，但整体效果不错。文中推导了干涉条纹级次与条纹位移之间的关系式，结合图上得到的数据和关系式，得到了电烙铁芯某瞬间周围温度分布的一个函数，将其与理论上的热传导方程进行对比，用图形表示。从图上看，两条曲线的趋势大致相同，但在具体位置的数值却有一些差距。文中也对误差产生的可能原因进行了分析。考虑到这些可能原因，还是可以得出结论，数字全息干涉技术可以用于温度场的测量研究，它能记录温度场变化的趋势，但要精确记录具体的数值，还要对环境条件做一些限制，这也需要科研人员做出更大的努力，来突破这些障碍。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景及目的意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容和技术路线

1.4 本章小结

2 数字全息

2.1 数字全息典型光路比较

2.2 波前记录和再现

2.3 全息图的数字模拟

2.4 光电耦合传感器CCD

2.５ 物光参考光光强比对数字全息图的影响

2.６ 目标与CCD的距离对数字全息图的影响

2.７本章小结

3 数字全息技术用于温度场的测量

3.1 温度场测量的方法介绍

3.2 数字全息干涉技术测量温度场的基本原理

3.3 实验装置及全息图记录

3.4 实验数据处理与计算

3.5 实验结果分析与比较

3.6 本章小结

4 图像增强

4.1 滤波方法选择

4.2 图像的二值化处理

4.3 干涉条纹的细化处理

4.4干涉条纹的整形处理

4.5 本章小结

5总结与展望

5.1 总结

5.1 展望

致谢

参考文献

附录