光学相位测量作为一种高精度测量技术,被广泛应用于许多科学研究和工程应用领域的位移、形变、密度的分布及变化的精密测量中。其突出的优点是能够解决表面或相位分布不规则、变化不均匀、变化量微小情况下的测量问题,满足对测量的非破坏、非干预、高精度和自动化要求。在相位测量理论、自动化抗干扰高精度相移系统的研究与应用、相移算法、相位测量结果的评估等方面仍然有许多需要研究的问题。 本文从理论分析、相移相位测量系统的设计及研制、相移相位测量方法的实验研究三个方面,对相位测量中的一些理论、相移相位测量中的相移技术、静态相移相位测量方法、动态相位测量方法等方面的问题进行了研究。 本文中主要的创造性工作为:1、 从全息术的观点对一个相移周期内作 N 步均匀相移的 N 步满周期相移相位 测量方法进行了讨论,证明了 N 步满周期相移相位测量方法的实质是一种同 时实现复振幅分离和同态叠加方法,用全息方法可以实现用非平面参考光波 进行相位测量和对衍射物体的相位测量。2、 设计和建立了一套相移相位测量系统,该系统用激光的波长作为长度计量标 准,具有 PZT位移—电压特性测量、相移区间的选择与标定、相移驱动控制、 相移图像采集控制、相移过程监测等功能。3、 在 N 步满周期相移全息相位算法基础上,提出了一种相移相位测量的误差估 计方法。证明了相位测量误差与最大相移误差的平方成正比,与相移的步数 N 成反比,增加相移的步数可以降低相移误差和其它随机因素对测量结果的 影响。4、 提出一种用相移与空间最小二乘拟合方法结合,进行动态过程相位测量的方 法,可以从单幅条纹图中计算出相位分布,结果达到与相移方法相同的精度。