[其他]利用全息共轭像测量物体表面位移的方法

说明书

本发明属于力学测量技术中的光测技术中的全息干涉术，按照国际专利分类法属于GO₂b类。

对于一个产生静位移或振动位移（以下统称位移）的物体表面进行全息照相，获得一张或几张测量用的全息图后，根据再现像上的条纹图样就能算出物体表面上各点的位移，这就是对位移的全息定量测量方法。全息再现像有原始像和共轭像之分，在现有技术中都只利用到物体的原始像，而没有利用共轭像中包含的信息。（参阅〔1〕村田正义：ホロダラフィによゐ振动解析，机械の研究，Vol.10.1164-1168，1976。〔2〕丁祖泉、鲍乃铿：用全息干涉法对三维位移和振动定量分析的研究，同济大学学报，1980，NO.1，49-62。〔3〕谭玉山：三维位移全息图的定量分析，西安交通大学学报，Vol.16.NO.6.31-39，1982。〔4〕何伯森、陈吉书：应用全息干涉方法研究水工建筑物的振动问题，中国激光，Vol.10.NO.2，105-109，1983。〔5〕于乃旬、强士义：用全息干涉术的时间平均法测叶片振动的位移和应力，科学通报，Vol.27.NO.17.1087，1982。〔6〕于乃旬：全息测量三维振动位移的反射物光法，科学通报，Vol.28.NO.23，1471，1983。）这样，共轭像中的信息就被浪费掉了，尤其是在测量多维（二维或三维）位移时，由于空间布置方面的困难，单纯利用原始像是很难把尽可能多的信息收集到并加以利用的，因而测量的精度就受到了限制。

本发明的目的是对共轭像中的信息加以利用，使得在实际上能够得到更多的信息（数据）并加以利用，从而提高测量精度。

本发明的理论根据是平面全息图的共轭观察点理论。（参阅《计算用离轴平面全息图的共轭观察点理论及其应用》。）对于一个测量用的平面全息图，当用于再现的照明光与制作全息图时使用的参考光完全一样时（这时物体的原始像与物体的位置重合），对应于每一个实际观察点G，存在一个共轭观察点G^＊（图1），使得从G观察到的共轭像上的条纹图样与从G^＊观察到的原始像上的条纹图样互相对应，从G观察到的原始像上的条纹图样与从G^＊观察到的共轭像上的条纹图样也互相对应。所谓互相对应是指对应点处的条纹级数相同。这样，只要从G观察共轭像，就能间接地得到从G^＊“观察”原始像的结果。但是由于一般情况下G和G^＊分别位于全息图的两侧（图1），要直接从G^＊观察原始像是不可能的，因而利用共轭像比单纯利用原始像能够得到更多的观察结果（数据）。对这更多的数据进行某种平均化处理，例如利用最小二乘法，便能得到更精确的计算结果。

一对互相共轭的观察点G（X、Y、Z）和G^＊（X^＊、Y^＊、Z^＊）（图1）的坐标之间的关系是

X^＊＝（XR^Z-XZ_R）/（2Z-Z_R）

Y^＊＝（2YR^Z-YZ_R）/（2Z-Z_R）

Z^＊＝ZR^Z/（2Z-Z_R）

其中X_R、Y_R、Z_R是制作全息图时所使用的参考光光源的坐标。

使用本方法能够提高全息测量多维位移的精度。

附图说明：图1中H为一张平面全息图，O_xyz为一个直角坐标系，其原点在全息图平面内，z轴垂直于全息图平面且指向物体一侧，Io为物体的原始像，Ic为物体的共轭像，A、B为原始像上的两点，A^＊、B^＊是共轭像上的两点，它们分别与A、B相对应，即A和A^＊分别是物体上同一点的原始像和共轭像，B和B^＊有同样的关系，G是一个实际的观察点，G^＊是与G共轭的“观察点”。R是制作全息图时使用的参考光光源的位置。

实施例：在布置全息照相的光路时，应当使参考光接近于一个球面波，其球面中心就是参考光光源的位置R。R和物体上任一点A（xA、yA、zA）的坐标之间应当满足关系zR＜2zA，否则共轭像将消失（位于无穷远处）或位于全息图的另一侧而使得本法不能使用。为了远离临界情况最好满足关系式

1/2 zA＜zR＜ 3/2 zA