数字全息计量技术及其在微小位移测量中的应用

卢聪

摘要：全息技术主要是利用物体在反射情况下的光波和参照物产生的干涉性条纹，被记录和保存下来的条纹作为全息图，而它能够在一定条件中，实现三维立体图像的展示，其中的相关几种技术主要包括光学、计算以及数字内容，数字全息的发展源于一九六七年，运用相关的光电器件，代替原有的条纹绘制，结合计算机的使用进行图像重现，在进行记录和转化的过程中，包含两个部分：一是记录，在产生全息图后，利用CCD进行数据收集、转化以及保存;二是图样重现，运用计算机进行模拟，结合数据计算，确定具体的强度和分布情况这对于微小物体的位移测量来说，准确性和效率都较好。本文将分析数字全息计量技术的特点和在微小位移测量中的具体运用。

关键词：数字全息;计量技术;微小位移;测量和运用

引言：

在利用数字全息计量技术进行位移测量时，它所显现的图像分辨率大小，主要取决于有关电荷耦合器件的记录面尺寸、波长以及距离，虽说在一定的理论基础上分辨率可以达到一微米，但是在实际运用中要远远低于该数值，出现这个原因是在图像重现时，不仅仅是原生的，还有其他，比如零级和孪生像的出现，因而在处理时对收集的图样进行处理和分离，并利用相移技术进行消除。而在微小位移测量中，主要根据它的特点，不论被测量物体的表面情况如何，都可以确定在移动中的速度、变形等情况，并获得对应的相位分布情况，再进行图像重现。

一、数字全息技术的涵义和工作原理

这个技术主要是利用干涉和衍生原理对微小物体进行记录和图样重现，和以往的全息技术相比较而言，数字全息运用的是光电传感器件，取代原有的光板记录，并将收集的图样存储到计算机里面，利用计算机的模拟功能，开展全息计量，最后将相关的成像过程转为数字。由此可见它不用客观物体的真实存在，从数学的角度进行全息图像的描述。这个技术主要运用于水下探测、固体无损检测、雷达以及地球相关的物理活动等，其中运用的最为广泛和成熟的是对光学原件表面形状测量，主要是利用透镜相关的数据，结合计算机技术，进行公示计算，确定准波，同时进行全息图的绘制。工作原理是利用数学描述和计算机，确定它在空间上的光波分布情况，利用公示计算后，将对应的数字记录在材料信息中，最后转化为全息图像，

二、数字全息计量技术的特点

1.运用效果好，经济成本低

数字全息技术主要是通过物体的折射光波，根据其强度和具体位置，记录、保存以及转化等，然后在利用耦合器件和计算机进行处理和记录，因而在具体的操作过程中，不但能够很好的全方位捕捉有效的信息，在筛选和分离处理后，获得较为准确的物体图像，从而实现微小物体的位移测量，相对来说，所需要的费用较少。

2.不需要进行接触，准确性强

在具体的测量中，仅仅是通过对物体在移动中的速度、振动大小以及形状变化等，进行全方位的相位信息收集，然后结合物体的基础情况，进行图像的重现，因而不需要和物体接触，就可以达到测量目的，在原物体和移动后之间的距离，确定详细的情况，然后在利用公示进行计算，根据位移过程中位移图像和获得条纹的变化进行对比，明确在位移过程中的微小变形，因而准确性较好。

3.反应快，实时性较好

在全息技术运用中，将所需要测量的物体和检测工具准备好，利用曝光进行全息计量，在开展测量前，记录下相关的数据和图像资料，然后在移动的过程中，根据变形的条纹，对它们的相位进行对比分析，明确其中移动和荷载大小关系，可以利用光波进行快速图像展现，因而测量的实时性强，差异小。

4.条件少，防振要求低

主要是利用该技术时，对内在和外在条件要求较少，通过在移动中物体速度、荷载变形等信息的收集，即可完成全过程的记录和重现，由此可见在微小物体中的位移测量精准性。

三、数字全息技术在微小位移测量中的具体运用

1.光路图

主要是利用激光器照明灯，将被测量物体放到合理的位置上，然后确保与CCD之间的距离在一米。

2.试件和材料

主要采用的是有机玻璃材质的梁，对它部分区域内的变形情况进行测量，通过对材料和受力分析来看，其两端的固定支架长宽高分别为150、15、6毫米，在测量时向正向施加一定的压力，使得产生变形，并测量了根部部分区域的变形情况。

3.结果

首先是在测量前，记录和保存好原有的全息图，并利用曝光计量两次，然后根据计量的结果，对它们各自的相位进行对比，获得在移动中的相位图，同时对荷载大小和区域位移关系图，通过坐标展示出来，在计算后区域内的位移量大概在0.7微米，这时候应该有两级条纹，但是在测量过程中出现的是明暗条纹。如果位移量在1.3微米时，没有脱去包裹的图样是四条明暗，而在位移量为2.3微米时，获得七个条纹，由此可见，在变形的不断增加后，出现条纹数量会逐渐增多。

四、结束语

综上所述，在数字全息计量技术下，对微小物体的位移情况进行测量，不但能够准确的获得相关的信息，而且能够进行图样重新展现，根据其技术特点和工作原理，可以对较小的物体位移量进行精准的检测，从而提高检测质量。通过对梁固件的在位移过程中，结合荷载的变化，利用全息技术进行计量，可以看出它的优势。

参考文献

[1]闫浩，隆军，刘驰越，等.数字全息技术及散斑干涉技术在形变测量领域的发展及应用[J].红外与激光工程，2019，48（6）：13.

[2]郭莎，王云新，王大勇，等.基于微球的高分辨率数字全息成像研究[J].2019.

[3]吴羽峰，吴佳琛，郝然，等.基于深度學习的粒子场数字全息成像研究进展[J].应用光学，2020，41（4）：13.