頻閃法測(cè)量運(yùn)動(dòng)速度

頻閃法測(cè)量運(yùn)動(dòng)速度

頻閃法是一種等時(shí)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的等時(shí)法。它能夠直觀地捕捉物體運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程軌跡和等時(shí)間隔內(nèi)的位置，研究物體運(yùn)動(dòng)的特征，掌握物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在日常生活和科學(xué)研究中,頻閃法通常被用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)速度,如用頻閃法測(cè)量家用吊扇的轉(zhuǎn)速和用頻閃照相研究“自由落體運(yùn)動(dòng)”。根據(jù)頻閃法的基本原理和重要特點(diǎn),我們可以利用頻閃法對(duì)在同一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的物體進(jìn)行全息照相,從而將全息照相技術(shù)拓展到動(dòng)態(tài)拍攝領(lǐng)域,提高拍攝效率,所產(chǎn)生的加密穩(wěn)定圖樣將進(jìn)一步加強(qiáng)全息圖的保密性。若作為一項(xiàng)信息加密技術(shù)加以推廣,應(yīng)用前景十分廣闊。葉片的閃頻間隔實(shí)驗(yàn)光路圖如圖1所示。我們可以采用脈沖激光器作為頻閃光源,也可以在連續(xù)輸出的激光器前加克爾開(kāi)關(guān)等調(diào)制器來(lái)獲得周期性變化的可調(diào)頻閃光源。在暗室中,將在同一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的物體簡(jiǎn)化為繞O軸轉(zhuǎn)動(dòng)的三葉旋轉(zhuǎn)體。安排好光路后,先在全息干版前設(shè)置黑色屏蔽層,然后調(diào)節(jié)頻閃光源,使其頻率緩慢增加。當(dāng)眼睛觀察到三葉旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)明顯“反轉(zhuǎn)”或“變慢”時(shí),可以在此附近對(duì)頻閃光源的頻率進(jìn)行微調(diào),直至出現(xiàn)穩(wěn)定不動(dòng)的三葉圖樣,如圖2(a)所示,記下此時(shí)的頻率f1。由于三葉旋轉(zhuǎn)體每?jī)善~相隔2π/3,根據(jù)頻閃法的基本原理,我們可以證明此物體在一個(gè)閃頻間隔內(nèi)可能轉(zhuǎn)過(guò)了θ1=2kπ/3(k=1,2,3L)。則物體可能的轉(zhuǎn)速n為:n1=ω12π=θ1f12π=kf13n1=ω12π=θ1f12π=kf13系統(tǒng)穩(wěn)定后,將全息干版前的黑色屏蔽層去除,開(kāi)始拍攝。在此閃頻間隔內(nèi),脈沖激光器S輸出的激光經(jīng)分束器BS分成物光和參考光。物光經(jīng)全反鏡M1反射、擴(kuò)束鏡L1擴(kuò)束后,均勻的照射到三葉旋轉(zhuǎn)體上,其表面漫反射的光波與經(jīng)全反鏡M2反射、擴(kuò)束鏡L2擴(kuò)束后的參考光波在干版H上相遇,產(chǎn)生疊加干涉,以干涉圖樣的形式將此時(shí)物體光波的全部信息記錄下來(lái)。由于物體不斷旋轉(zhuǎn),為了記錄下物體在閃頻間隔內(nèi)各個(gè)時(shí)刻的信息,可以巧妙的利用全息干版的疊錄性,使干版H也以極低的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。這是因?yàn)樵诿看闻臄z曝光后,稍微改變一下全息干版的方位(轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度),就可在同一干版上重疊記錄,并能互不干擾地再現(xiàn)各自的圖像。這樣,有利于提高全息干版的利用率,節(jié)省材料,從而降低拍攝費(fèi)用,加強(qiáng)實(shí)用性。閃頻間隔過(guò)后,無(wú)激光束輸出時(shí),全息照相被暫停。直到下一個(gè)閃頻間隔來(lái)臨時(shí),又重復(fù)上述過(guò)程。經(jīng)過(guò)足夠多的閃頻間隔后,全息干版就記錄下旋轉(zhuǎn)物體的全部信息。旋轉(zhuǎn)姿態(tài)的再現(xiàn)利用頻閃法對(duì)在同一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的物體進(jìn)行全息照相較之普通的全息照相有一個(gè)重要特點(diǎn):保密性更強(qiáng)。如果在以上實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上繼續(xù)增大頻閃光源的頻率,會(huì)依次看到三葉、九葉、六葉、九葉的“靜止”圖樣。若在頻閃光源的照射下再現(xiàn)出穩(wěn)定不動(dòng)的九葉加密圖樣,如圖2(b)所示,則物體在一個(gè)閃頻間隔內(nèi)可能轉(zhuǎn)過(guò)了θ2=2mπ/9(m為除3k外的任意自然數(shù),k=1,2,4…),物體可能的轉(zhuǎn)速n2=ω22π=θ2f22π=mf29n2=ω22π=θ2f22π=mf29若在頻閃光源的照射下再現(xiàn)出穩(wěn)定不動(dòng)的六葉加密圖樣,如圖2(c)所示,物體在一個(gè)閃頻間隔內(nèi)可能轉(zhuǎn)過(guò)了θ3=(2k-1)π/3,則此物體可能的轉(zhuǎn)速n3=ω32π=θ3f32π=(2k?1)f36(k=1,2,3L)n3=ω32π=θ3f32π=(2k-1)f36(k=1,2,3L)如果我們?cè)谛D(zhuǎn)物體上加載信息,使之在一定頻率的頻閃光源下呈現(xiàn)某種加密穩(wěn)定圖樣,那么,由于全息干版上復(fù)雜的干涉條紋與原物信息沒(méi)有絲毫的相似之處,又必須在普通全息圖再現(xiàn)要求的基礎(chǔ)上知道全息干版的轉(zhuǎn)速nH和頻閃光源的頻率f,才能通過(guò)再現(xiàn)呈現(xiàn)出以上加密穩(wěn)定圖樣,進(jìn)而推斷出所需的原物信息,保密性大大加強(qiáng)。而在實(shí)際應(yīng)用中,由于物體不會(huì)如假設(shè)的那么簡(jiǎn)單,這樣可加載的信息將更多、更復(fù)雜,保密性更強(qiáng),適用領(lǐng)域更廣。改進(jìn)措施(1)干預(yù)速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的在干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的在干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢,造成全息干版的光照速度慢。為但感光材料的靈敏度往往隨分辨率的提高而降低,導(dǎo)致全息干版的感光速度比較慢。因此,物體的轉(zhuǎn)速n和頻閃光源的頻率f不能太快,應(yīng)與全息干版的感光速度相匹配。(2)干涉條紋的移動(dòng)因此,應(yīng)選用性能優(yōu)良的電動(dòng)機(jī),以保證其能長(zhǎng)時(shí)間勻速轉(zhuǎn)動(dòng),工作穩(wěn)定。另外電動(dòng)機(jī)的工作會(huì)影響整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,從而使干涉條紋移動(dòng),導(dǎo)致干涉圖樣變得模糊。因此,系統(tǒng)中在設(shè)置有電動(dòng)機(jī)的地方最好能安裝減震器。(3)可以使用新興的全息照相來(lái)重建光源進(jìn)行全息圖的再現(xiàn)。加密技術(shù)的應(yīng)用利用頻閃法對(duì)在同一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的物體進(jìn)行全息照相較之普通的全息照相更適用于動(dòng)態(tài)拍攝領(lǐng)域,更重要的是,由于所拍攝、存儲(chǔ)的信息需要特定的參數(shù)才能再現(xiàn)出來(lái),因此保密性更強(qiáng)。對(duì)其稍