頻閃法測量運動速度

頻閃法測量運動速度

頻閃法是一種等時運動過程的等時法。它能夠直觀地捕捉物體運動的整個過程軌跡和等時間隔內(nèi)的位置，研究物體運動的特征，掌握物體運動規(guī)律。在日常生活和科學研究中,頻閃法通常被用于測量運動體的運動速度,如用頻閃法測量家用吊扇的轉(zhuǎn)速和用頻閃照相研究“自由落體運動”。根據(jù)頻閃法的基本原理和重要特點,我們可以利用頻閃法對在同一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的物體進行全息照相,從而將全息照相技術(shù)拓展到動態(tài)拍攝領(lǐng)域,提高拍攝效率,所產(chǎn)生的加密穩(wěn)定圖樣將進一步加強全息圖的保密性。若作為一項信息加密技術(shù)加以推廣,應(yīng)用前景十分廣闊。葉片的閃頻間隔實驗光路圖如圖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關(guān)等調(diào)制器來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)的物體簡化為繞O軸轉(zhuǎn)動的三葉旋轉(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。當眼睛觀察到三葉旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動明顯“反轉(zhuǎn)”或“變慢”時,可以在此附近對頻閃光源的頻率進行微調(diào),直至出現(xiàn)穩(wěn)定不動的三葉圖樣,如圖2(a)所示,記下此時的頻率f1。由于三葉旋轉(zhuǎn)體每兩片葉相隔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閃頻間隔內(nèi)可能轉(zhuǎn)過了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、擴束鏡L1擴束后,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、擴束鏡L2擴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物體光波的全部信息記錄下來。由于物體不斷旋轉(zhuǎn),為了記錄下物體在閃頻間隔內(nèi)各個時刻的信息,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。這是因為在每次拍攝曝光后,稍微改變一下全息干版的方位(轉(zhuǎn)動一個角度),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,從而降低拍攝費用,加強實用性。閃頻間隔過后,無激光束輸出時,全息照相被暫停。直到下一個閃頻間隔來臨時,又重復(fù)上述過程。經(jīng)過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)利用頻閃法對在同一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的物體進行全息照相較之普通的全息照相有一個重要特點:保密性更強。如果在以上實驗的基礎(chǔ)上繼續(xù)增大頻閃光源的頻率,會依次看到三葉、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)定不動的九葉加密圖樣,如圖2(b)所示,則物體在一個閃頻間隔內(nèi)可能轉(zhuǎn)過了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)定不動的六葉加密圖樣,如圖2(c)所示,物體在一個閃頻間隔內(nèi)可能轉(zhuǎn)過了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)如果我們在旋轉(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,才能通過再現(xiàn)呈現(xiàn)出以上加密穩(wěn)定圖樣,進而推斷出所需的原物信息,保密性大大加強。而在實際應(yīng)用中,由于物體不會如假設(shè)的那么簡單,這樣可加載的信息將更多、更復(fù)雜,保密性更強,適用領(lǐng)域更廣。改進措施(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)干涉條紋的移動因此,應(yīng)選用性能優(yōu)良的電動機,以保證其能長時間勻速轉(zhuǎn)動,工作穩(wěn)定。另外電動機的工作會影響整個光學系統(tǒng)的穩(wěn)定性,從而使干涉條紋移動,導(dǎo)致干涉圖樣變得模糊。因此,系統(tǒng)中在設(shè)置有電動機的地方最好能安裝減震器。(3)可以使用新興的全息照相來重建光源進行全息圖的再現(xiàn)。加密技術(shù)的應(yīng)用利用頻閃法對在同一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的物體進行全息照相較之普通的全息照相更適用于動態(tài)拍攝領(lǐng)域,更重要的是,由于所拍攝、存儲的信息需要特定的參數(shù)才能再現(xiàn)出來,因此保密性更強。對其稍