● 摘要
在航空、航天工业及现代机械制造等领域，精密仪器的微振动检测是工程应用中经常面临的检测需求。数字全息干涉测量技术以其非接触、无损伤、精度高、测试范围宽等优点适用于微振动的精密测量，近年来成为研究的热点。数字全息时间平均测振技术是探测物体对于振动的响应的有效方法，其特点是当曝光时间远大于振动周期时，在一张全息图上相干叠加物体所有状态。该方法具有可以对振动模态进行定性分析，也可定量计算得到振幅分布，并且能够实现全场测量，适用于面的微振动测量。但是，目前国内的研究获得的时间平均全息图条纹模糊，也难以实现定量计算面的振幅分布。
本文在传统的数字全息时间平均测振技术的基础上，分析影响时间平均法测振精度的两个主要原因，对测量原理进行了完善。针对物体表面粗糙度引起的高频相位噪声的影响，利用物体静止时的再现物光复振幅进行处理以提高条纹模式对比度；针对物体纵向微位移带来相位误差，利用贝塞尔函数平方的相位特点去除其影响。并综合考虑上述两方面因素的影响，将前两种方法有效结合，首先校正相位误差，然后消除高频相位噪声的影响，得到高对比度的条纹模式，使得测量更加准确。
选用簧片和耳机振膜作为实验样品，搭建数字全息时间平均干涉光路测振系统对上述方法开展实验验证，测量振动频率范围分别为100~10000Hz和50~4400Hz。首先并对待测物体的再现像进行了定性分析。然后以振动频率为2000Hz的簧片为例，采用上述方法进行处理。实验结果表明，去除高频相位噪声的影响，可有效提高条纹模式的对比度；相位误差确实存在并影响测量结果；基于修正相位的高对比度条纹模式探测微振动的方法在前两者的基础上，既获得了高对比度的条纹模式，又更进一步提高了振幅测量精度。本文的研究方法为实现工业环境正原位探测表面粗糙物体的微振动提供了可靠的途径。