非接触式液面微变形测量：透射虚栅法

"透射虚栅计量法是一种非接触式的结构光测量技术，常用于液面微变形的测量。这种方法基于几何透射虚栅变形原理，通过推导液面离面变形与水底虚栅面内位移之间的数学关系，可以精确地分析液面的微小变化。具体实现过程中，会将一张频率为1~5 line/mm的单向几何光栅放置在透明水槽下方，而装有变形液体的水槽上方则设置CCD相机来捕捉由液面变形引起的透射虚栅图像。通过条纹中心算法处理这些图像，可以获取位移矢量场，进一步代入数学模型，从而迭代计算出液面的离面变形剖面曲线。这种方法被应用于一分硬币浮在水面时的液面变形测试，结果与已有文献对比误差仅为2%，验证了其精度和实用性。" 本文主要讨论了透射虚栅计量法在液面微变形测量中的应用，这是一种创新的技术，能够无接触地测量液面的微小形变。文章首先介绍了透射虚栅的基本原理，即利用光栅与液面相互作用时产生的几何变形来推算液面的变形情况。液面变形会导致光栅的透射图案发生变化，通过CCD相机捕获这些变化，可以量化液面的微变形。 接着，作者详述了实验步骤，包括设置单向几何光栅、安排CCD相机以及数据处理过程。使用条纹中心算法对捕获的图像进行处理，可以提取出位移信息，这一步是关键，因为位移信息能反映液面的离面变形。然后，通过建立的数学模型，可以迭代计算出液面的完整变形剖面曲线。 实验部分，研究者选择了一分硬币浮在水面作为示例，硬币的存在导致液面产生微小变形。通过对这一现象的测量，透射虚栅计量法得到了非常接近参考文献的测量结果，仅存在2%的误差，这表明该方法具有高精度和可靠性。 透射虚栅计量法是一种高效且精确的液面微变形测量技术，尤其适用于对微小变化的敏感监测，如水面波动、液体表面张力的研究等。它不仅扩展了光学测量技术的应用范围，也为液面形貌的非接触式测量提供了一种新的工具。