题目：基于数字全息的激光远程微振动探测技术及系统研究

在精密机械加工及其相关领域中，对频率在300~5000Hz之间、振幅小于1微米探测距离超过5米的中高频微振动进行原位面内多点同步实时探测（也即面微振动探测）的需求越来越多。在传统微振动测量技术均不能完全满足这种需求的情况下，数字全息技术以其精度高、数字化、可对表面进行非接触式三维测量等优点在微振动探测领域受到了广泛关注。数字全息微振动探测技术的基本原理是利用数字全息成像技术拍摄并再现每一个振动探测采集时刻的相位图像，进而同步得到面内对应各部位的实际振动位移量。然而，目前所见的主要数字全息微振动探测技术因其再现计算过程较为复杂，难以运用到中高频微振动的实时探测中。另外，传统的数字全息技术探测距离较近，实现远距离探测的难度也较高。如何突破这两个难点，充分发挥数字全息技术在振动面探测领域的优势，实现中高频微振动的远距离实时面探测，成为了亟待解决的问题。本文的研究工作是围绕中高频微振动的数字全息远距离实时面探测展开的。

首先，本文详细阐述了数字全息及其相关技术的原理，并对目前主要的三类数字全息振动测量技术：二次曝光法、单次曝光法、时间平均法，进行了详细的介绍，同时，对三类技术的特点、应用范围、不满足实时探测需求的原因进行了分析讨论，为后续内容的介绍打下理论基础。

其次，本文提出了一种基于像面数字全息图像的面微振动快速解调方法。该方法在数字全息微振动探测技术的基础上，采用先成实像后干涉再记录的像面数字全息技术，实现了全息图像面微振动快速解调。文中对该方法所包含的全息再现像面微振动快速解调和全息干涉图像快速解调两种方法进行了原理分析、解调流程介绍和模拟仿真验证。两种方法均利用像面数字全息可获得与原振动表面各部位一一对应的全息图像的特点，简化了解调算法，避开了较为复杂的衍射再现计算过程，解决了传统数字全息微振动面探测技术受复杂算法所限不能实时测量中高频振动的问题，真正实现了中高频微振动的实时面探测。其中，再现像振动解调算法的计算精度高但计算速度稍慢，而全息干涉图像直接解调算法的计算精度略低但计算过程极为简单。根据实际应用需求，两种算法可分别单独使用也可联合使用。另外，为了解决该方法易受环境干扰，导致图像基准改变引起解调效果下降的问题，同时降低计算机系统硬件要求、扩展系统应用范围，提出了一种面振动有效探测部位自动识别方法作为面微振动快速解调方法的辅助方法，增强了解调方法的抗干扰能力，并降低了系统要求。最终为设计并搭建可用于实际应用的远程面微振动实时探测系统奠定了理论基础。

再次，本文提出了一种用于远程面微振动实时探测的像面数字全息图像高速获取技术，以满足研究工作中对连续全息图像数据采集的要求。文中从全息图像高速获取、振动物体表面微弱散射物光探测及影响全息图像质量因素分析等三个方面入手，对提出的技术进行了介绍、分析和讨论，通过理论和实验的分析验证，提出了相应的解决方案，为设计并搭建可用于实际应用的远程面微振动实时探测系统奠定了技术基础。

最后，本文设计并搭建了一套基于数字全息的激光远程实时面微振动探测系统。该系统以本文提出的面微振动快速解调方法和远程全息图像高速获取技术为基础，在激光微振动探测领域首次实现了远程实时中高频面微振动探测。文中对系统的设计指标、系统设计进行了介绍。文中通过多项测试实验和实际应用验证了系统的性能。实验及应用测试结果表明，该系统可以实现在1~30米距离、±15度角范围内，对振动频率范围为300~5000Hz、振幅小于50纳米的标准振动和随机振动进行实时多点同步测量，测量误差小于4%。而且，该系统的体积、重量均较小，结构稳定性较高，使得其具有一定的便携性，可以满足更多振动测量应用的需求。该系统已通过评审验收，并被评审专家评价为国际领先、国内首创，充分证明了系统在面微振动探测领域的先进性。