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非接触式振动测试——激光测振仪的工作原理

作者:激光测振仪 浏览: 发表时间:2022-10-21 08:57:32

激光测振仪是获得位移和速度分辨率的***测量方法。可以实现皮米幅度分辨率和高线性度,在很高的频率范围内(目前超过1GHz)仍然可以保证幅度的一致性。这些特性不受测量距离的影响,因此该原理既适用于近距离显微测试,也适用于超远距离测试。该系统采用激光作为检测手段,没有额外的质量影响,是非侵入式的,因此可以在极小、极轻的结构上进行测量。这种无与伦比的技术优势,加上其坚固的设计,无论在实验室还是户外都可以得到很好的应用。

多普勒效应:

如果波被运动的物体反射,用仪器探测,测得的频移可以描述为:FD = 2 V/λ,其中V是物体的速度,λ是入射波的波长。另一方面,为了确定物体的速度,需要测量已知波长的(多普勒)频移,这是通过LDV中的激光干涉仪来完成的。

光学干涉:

激光测振仪是基于光学干涉,即本质上需要两个相干光束叠加,它们各自的光强分别为I1和I2。两束光的总强度不是单束强度的简单相加,而是根据以下公式得到:ITOT = i1+I2+2 √( i1i 2)cos[2π(R1-R2)/λ]。

干涉项与两个光束之间的光程差有关。如果差值是光波长的整数倍,则总强度是单个光强度的四倍。

分束器(BS 1)将激光束分为参考光束和测量光束。穿过第二个分束器(BS2)后,测量光束聚焦在样品上并被反射。反射光束被BS 2向下偏转,然后在探测器上与参考光束合并。因为参考光束的光路是恒定的(r2 = const。)(除了对干涉仪可以忽略不计的热效应),样品运动(r1 = r(t))会在探测器上产生亮/暗条纹,这是一种典型的干涉方法。探测器上完整的亮/暗周期条纹恰好对应于所用激光半波长的位移。在激光测振仪中常用的氦氖激光器的情况下,这相当于316nm的位移。单位时间内光程的变化表示测量光束的多普勒频移。在计量学中,这意味着多普勒频移与样品的振动速度成正比。因为物体远离干涉仪的运动所产生的明暗条纹(和调制频率)与物体朝向干涉仪的运动所产生的明暗条纹(和调制频率)相同,所以物体的运动方向不能仅由该设置来明确定义。因此,在参考光束中放置一个典型光学频移为40MHz的声光调制器(为了比较,激光频率为4.74×1014hz)。当样品静止时,将产生40MHz的典型干涉调制频率。因此,当样品向干涉仪移动时,调制频率会增加;当样品离开干涉仪时,探测器接收到的频率小于40MHz。这意味着不仅可以***地检测光路长度,还可以检测移动方向。


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