同軸全息術(shù)測(cè)量粒子場(chǎng)的計(jì)算機(jī)模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、粒子場(chǎng)的測(cè)試和診斷在許多工程技術(shù)及科研領(lǐng)域有著重要的意義.在眾多的測(cè)試方法中,激光同軸全息攝影法以其不干擾流場(chǎng),測(cè)量粒子尺寸范圍大、拍攝景深大、可再現(xiàn)三維粒子場(chǎng)信息、分辨率高以及光路布置簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用.數(shù)字全息術(shù)用CCD記錄全息圖,以數(shù)值的方法再現(xiàn)全息圖,它綜合了光學(xué)全息原理、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及圖像處理技術(shù),是一種新穎的全息成像技術(shù),具有處理簡(jiǎn)便、對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求較低、可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)處理等優(yōu)點(diǎn).該文綜合同軸全息術(shù)和數(shù)字全息

2、術(shù)的特點(diǎn),進(jìn)行了同軸全息術(shù)測(cè)量粒子場(chǎng)的計(jì)算機(jī)模擬和同軸數(shù)字全息實(shí)驗(yàn)的研究.主要工作內(nèi)容有:(1)分析推導(dǎo)了平面物菲涅耳衍射的兩種常用數(shù)值實(shí)現(xiàn)算法,即直接傅里葉變換法和卷積法,結(jié)論表明后者更符合實(shí)際工作的要求.通過(guò)對(duì)圖像采樣的分析,結(jié)合采樣定理,給出了當(dāng)圖像像素總數(shù)、像元尺寸、記錄波長(zhǎng)都確定時(shí),對(duì)衍射距離的限制條件.(2)對(duì)同軸粒子全息圖的記錄和再現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,提出了根據(jù)灰度梯度曲線判斷粒子成像平面的方法,同時(shí)提出了一種可有效消除

3、全息圖邊框衍射條紋的改進(jìn)算法.(3)在對(duì)多個(gè)粒子的模擬記錄和再現(xiàn)過(guò)程中,通過(guò)改變粒子的密度,發(fā)現(xiàn)粒子密度較小時(shí),記錄和再現(xiàn)效果都很好,而當(dāng)粒子密度增大一定程度時(shí),粒子再現(xiàn)像的清晰度會(huì)下降.文中分析了其產(chǎn)生原因.(4)用多層粒子模擬了三維粒子場(chǎng),然后用改進(jìn)的算法進(jìn)行模擬記錄和分層數(shù)值再現(xiàn),得到了較好的效果.發(fā)現(xiàn)用發(fā)散球面波再現(xiàn)時(shí),可得到放大的再現(xiàn)像,有利于對(duì)粒子進(jìn)行分辨.并且通過(guò)改變點(diǎn)光源的坐標(biāo),可得到粒子場(chǎng)不同部分的再現(xiàn)像.(5)從實(shí)驗(yàn)