激光测震
激光测振仪公式
激光测振仪公式
激光测振仪是一种利用激光技术进行振动测量的仪器。
它通常利用激光的干涉原理，通过测量目标表面上的振动引起的光程差变化来确定振动的幅度和频率。
激光测振仪的公式可以表示为：
$$\Delta z= \frac{2 \Delta L}{n}$$
其中：
- $\Delta z$是目标表面上的位移变化量
- $\Delta L$是光程差的变化量
- $n$是介质的折射率
激光测振仪的原理是利用激光束与目标表面相交后，在目标表面上发生干涉现象。
当目标表面发生振动时，引起光束的入射点和出射点位置的微小变化，从而引起光程差的变化。
根据干涉的原理，我们可以通过测量光程差的变化来确定目标表面的振动状态。
激光测振仪通常包括激光发射器、光学系统、探测器和信号处理器等组成部分。
激光发射器发射出具有一定特性的激光束，经过光学系统聚焦到目标表面上。
当目标表面发生振动时，引起光程差的变化。
探测器接收到经过目标表面反射回来的激光束，通过信号处理器处理后输出振动的信息。
激光测振仪广泛应用于工程领域中对振动进行精确测量和分析
的需求，如机械振动、结构振动、声振动等。
它具有测量范围广、精度高、非接触式等优点，是一种重要的振动测量工具。
激光测振仪公式
激光测振仪公式
摘要：
1.激光测振仪概述
2.激光测振仪的工作原理
3.激光测振仪的应用领域
4.激光测振仪的优缺点
5.结语
正文：
一、激光测振仪概述
激光测振仪是一种先进的非接触式测量仪器，可以对物体的振动特性进行可视化测量分析。
它通过在单点激光测振仪前面加两个扫描镜，运动控制系统控制扫描镜的偏转角度，来实现x、y 方向上的扫描测振。
此外，激光测振仪还配备摄像系统和软件分析系统，能实现二维、三维动画显示及数据分析等功能。
二、激光测振仪的工作原理
激光测振仪的工作原理是利用激光束对物体表面进行扫描，通过测量激光束在物体表面上的反射时间和幅度变化，来分析物体的振动特性。
配备的摄像系统可以捕捉物体表面的激光反射信号，并将其传输给软件分析系统，从而实现对物体振动的实时监测和分析。
三、激光测振仪的应用领域
激光测振仪广泛应用于大型结构、高温、柔软物体等接触式测量无法满足
的振动测量场景。
此外，激光测振仪还可以用于机械制造、航空航天、汽车工程、土木工程等领域，对各种结构和材料的振动特性进行测量和分析。
四、激光测振仪的优缺点
激光测振仪具有非接触式测量、高精度、高效率、灵活性高等优点。
但是，激光测振仪也存在一定的局限性，例如对测量距离和物体表面的反射性能有一定的要求，同时在复杂环境下的测量精度可能会受到影响。
五、结语
激光测振仪作为一种先进的非接触式测量仪器，具有广泛的应用前景和重要的实用价值。
激光测振仪
激光测振仪
激光测振仪简介
激光测振仪是基于光学干涉原理，采用非接触式的测量方式，可以应用在许多其他测振方式无法测量的任务中。
频率和相位响应都十分出色，足以满足高精度、高速测量的应用。
使用非接触测量方式，还可以检测液体表面或者非常小物体的振动，同时，还可以弥补接触式测量方式无法测量大幅度振动的缺陷。
激光测振仪原理
He-Ne 激光器发出一定频率的偏振光（设频率为F0）由分光镜分成两路，一路作为测量，一路用于参考。
测量光通过声光调制器具有一定频移（F）,再被聚焦到被测物体表面，物体振动引起多普勒频移（f）。
系统再收集反射光与参考光汇聚在传感器上，这样两束光产生在传感器表面产生干涉，干涉信号的频率为F+f，携带了被测物体的振动信息。
信号处理器将频移信号转换为速度和位移信号。
应用领域
激光测振仪采用非接触式动态干涉测量技术，在以下各方面有广泛的应用：
l 马达回转动态精度测试；
l 机床动态精度测试；
l 生命科学、医学、动物学研究；
l 汽车工业：发动机、齿轮、制动器、轮胎、排气系统、车身等；
l 微机电系统（MEMS）动态测试；
l 桥梁、建筑振动测试。
激光测振仪主要技术参数
操作温度
3°C~45°C
操作湿度
<90% 电源
100~230Vrms 50-60hz 激光
氦氖激光632.8nm 工作距离
0.35m~20m 最大速度范围
10m/s 频率范围
DC~2.5MHz 典型精度 1% 激光测振仪光学头 激光测振仪控制箱。
激光测震的原理与应用
激光测震的原理与应用1. 激光测震的原理激光测震是一种利用激光技术来测量地震震动的方法。
其原理基于光学干涉的原理和地震产生的地面振动，利用激光器发出的激光束在受振动的地面上产生干涉信号，通过测量干涉信号的变化来获取有关地震的信息。
1.1 光学干涉原理光学干涉是指两束或多束光线在空间中相互叠加而产生的干涉现象。
在激光测震中，主要利用的是Michelson干涉仪的原理。
Michelson干涉仪由一束激光束穿过分束器被分成两束，分别经由两条光路到达合束器再被接收器接收。
当地面发生振动时，其中一束光线经过地面的干涉信号发生变化，通过探测器可以得到与地震相关的信号。
1.2 地面振动与信号解读地面振动是地震产生的最主要特征之一。
当地面发生震动时，产生的振幅和频率会导致干涉信号的变化，通过测量干涉信号的强度和频率变化，可以得到地震的信息。
激光测震可以精确地测量地震的振幅、频率和方向等信息，从而帮助科学家更好地理解地震现象并提供相关的数据支持。
此外，激光测震还可以对地下水位、地壳沉降、水库湖泊水位等地质现象进行观测，具有广泛的应用价值。
2. 激光测震的应用2.1 地震监测与研究激光测震在地震监测和研究方面发挥着重要的作用。
传统的地震观测方法需要设置大量的传感器和测量设备，而激光测震只需要设置一个激光器和接收器，可以实现对地震波的精确测量和记录。
通过对地震数据的分析和解读，可以帮助科学家们更好地预测地震的发生和发展趋势，为地震灾害的防范和减轻提供重要的参考依据。
2.2 地质勘探与矿产开发激光测震在地质勘探和矿产开发方面也具有广泛的应用前景。
通过对地面振动的测量和解读，可以获取地下结构的信息，包括地层的变化、岩石层的厚度和密度等。
这些信息对于地质勘探和矿产开发来说非常重要，可以帮助科学家们确定矿产资源的分布和储量情况，提高勘探的效率和准确性。
2.3 建筑结构安全监测激光测震可用于建筑结构的安全监测。
在大型建筑物或桥梁等基础设施工程中，地震波对结构的震动影响是一个重要的安全因素。
激光测震动原理
激光测振仪的工作原理主要基于激光多普勒效应和光外差干涉技术。
具体来说，这项技术涉及以下几个关键原理：
1. 多普勒效应：当激光照射到振动的物体上时，由于物体的移动，散射回来的光波频率会发生变化。
这种现象称为多普勒频移。
通过测量这种频率的变化，可以确定物体的振动速度。
2. 光外差干涉：在这种方法中，通常会使用两束相干光——一束照射到振动物体上，另一束作为参考。
这两束光反射回来后会在探测器处产生干涉，形成可检测的干涉条纹。
分析这些条纹的变化可以获得物体振动的信息。
3. 鉴频与鉴相原理：通过锁相环技术求得多普勒频移，直接获取对应物体的振动速度（鉴频）。
或者通过正交混频后的I和Q信号，根据反正切公式获得参考光路及测量光路的相位差，从而得到被测物体的振动位移（鉴相）。
4. 外差与零差干涉：在外差干涉中，对指向物体的光束或参考光束施加一个固定频率的移频，然后对干涉信号进行处理以提取振动信息。
而零差干涉不进行移频处理，直接得到一个零频附近的多普勒调频信号，再通过光学方式解调得到相位信息。
总的来说，激光测振仪具有非接触式、高空间分辨率、宽响应频带和高速度分辨率等优点，能够进行远距离测量，并且测量时间短，线性度高。
这些特性使其在高频范围内的振动测量中表现出色，且性能不受测量距离的影响。
多点激光多普勒测振仪技术参数
多点激光多普勒测振仪技术参数
多点激光多普勒测振仪的技术参数包括：
1. 操作温度：3℃\~45℃
2. 操作湿度：<90%
3. 电源：220\~240Vrms，50-60Hz
4. 激光波长：He-Ne laser
5. 工作距离：\~20m（取决于被测表面）
6. 输出电压：±10V
7. 频率范围：DC-3MHz
8. 速度分辨率：/s/√Hz
9. 位移分辨率：15pm
10. 滤波设置：高通、低通滤波设置
11. 线性误差：1%
12. 速度解码器：VS系列速度解码器、VD-16数字速度解码器
13. 位移解码器：DD-16数字位移解码器、DD-21数字位移解码器
这些参数根据具体的测振仪型号有所不同，建议查阅多点激光多普勒测振仪的说明书或联系供应商获取最准确的信息。
激光全息振动测量与散斑干涉计量
四、实验内容和操作方法
全息测振的方法分两大步：即记录实时全息图和时间平均全息图。记录实时全息图 的目的是为了判断物体的振型。测量光路见图 5-3，具体测量方法如下。
图 5-3 实验光路
1、记录实时全息图并找出所要分析的振型 （1） 现按图排好光路。 同一光路中的物光和参考光应等光程。 参考光和物光的比例应在 3： 1---10：1 左右。参考光和物光的夹角要合适（约 30°） 。试件是一块金属板，表面用
三、实验装置
He-Ne 激光器,光学平台,光学组件，全息干版，冲印设备。
四、实验内容和操作方法
1、 试件毛玻璃片装在可作微转动的夹持器上，夹持器装在小虎钳上（S 处） 。在 H 处置一 毛玻璃观察屏。 2、 开启光闸，让激光照明毛玻璃 S，则可在观察屏 H 上看到透过毛玻璃 S 的出射光相干 形成的随机分布的散斑。 3、 将成像透镜 LC 对准试件 S，并使透镜主轴与被测表面垂直，调节透镜的位置， 使毛 玻璃屏 H 上获得—清晰的像，并测出物体和像的大小，算出放大倍数 M。 4、 用曝光定时器关闭光闸 K，将全息干版装在底片架（H 处）上，使药面对着物体。 5、 开启光闸 K，激光对干版进行第一次曝光，时间约半分钟。 6、 关闭曝光定时器，遮断光路，将试件转动—微小角度。 7、 再次开启光闸，对干版进行第二次曝光，曝光时间与第—次相同。 8、 取下曝光的干版，进行显影，定影，水洗和晾干。 9、 将制作好的两次曝光散斑照片装到底片夹上，置于未经扩束的细激光束中，在照片后 面约 50 厘米以上的地方放置毛玻璃观察屏，则在屏幕上可看到杨氏条纹。 10、被测物体中心为原点，分别测出 r =2，4，6，8，10 mm 等各点的位移值，并以 1／l 为横轴， r 为纵轴。作 1／l-- r 图，求出其斜率 m ，并由 m 算出物体转过的角度。 实验记录： 测物距 a 像距 a
激光多普勒测振技术及方案
（1-1）
因为 fs
c
，整理以后得：
v f f s (1 ) c
（1-2）
多普勒频移 f ：
f v
fs
v c
（1-3）
观测者相对于波源的运动， 等同于波源相对于观测者的运动，于是我们可以得出 一个常用的多普勒频移测速公式：
f v cos fs c
（1-4）
式中 为物体运动方向（观测者的运动方向）与波束之间的夹角。当 0 时， 即波束与物体运动方向平行， 可以用来测量物体的运动速度，间接得到物体的振 动频率。 目前基于多普勒频移原理的测速方法有：超声波多普勒测速、微波多普勒测 速和激光多普勒测速。 超声波多普勒测速在日常生活中常见的应用包括：自动门 开关、防盗报警、交警对超速车辆的监查、气象雷达等。微波多普勒测速主要包 括：微波雷达枪、微波测速传感器控制自动门、防盗报警器、汽车防撞雷达等。 激光多普勒测速主要包括：激光测速枪、激光测振仪、激光多普勒测流速等。
I (t ) Es [sin(2 f st ) sin(2 ( f s f )t )]
经过三角函数变换以后：
（2-4）
I (t ) Es cos(2ft ) 2sin[2 ( f s f )t ] Nhomakorabea（2-5）
因为多普勒频移 f 远远小于光波本身的频率 f s ，实际上测量的得到电场强度的 幅值被余弦函数 cos(2ft ) 调制。光电倍增管（或光敏二极管）所测量的是正与 比电场强度平方的光强度，光传感器的输出实际上是频率为 f 的交流电信号， 只要测量出交变信号的频率即可推算出物体的振动速度。 由于交变信号的频率也 可以精确测量， 所以速度测量的精度很高，而激光多普勒振动测量的精度主要受 系统的噪声所限制。
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先进性和独特性： 先进性和独特性：
本团队研制的纳米光电测控设备在 世界上处于先进水平,在中国具领先地 世界上处于先进水平 在中国具领先地 位. 其独特性在于将激光干涉技术和三 角法位移技术相结合,可实现动态和静 角法位移技术相结合 可实现动态和静 态的同时测量,面内激光测振仪和面外 态的同时测量 面内激光测振仪和面外 激光测振仪相结合,可实现三维振动同 激光测振仪相结合 可实现三维振动同 时测量。 时测量。
1/3” CCD，彩色，逐行扫描 ，彩色，
放大倍率范围
37x 到 220x
照明系统
可变光亮, 白色LED 可变光亮 白色
20/27
各系统组成及作用
数据采集卡：模拟信号转换成数字信号； 数据采集卡：模拟信号转换成数字信号； 分析软件：进行数据分析； 分析软件：进行数据分析； 显示屏：显示测量结果。 显示屏：显示测量结果。
10 Hz
25k Hz
振动工作台Leabharlann 压电陶瓷12/27
12
激光多普勒测振仪--应用案例 激光多普勒测振仪--应用案例 -音圈电机测试 案例 2 音圈电机测试
13/27
13
激光多普勒测振仪— 激光多普勒测振仪—应用案例 案例 2 音圈电机测试
50 Hz
20k Hz
14/27
14
激光多普勒测振仪--应用案例
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激光测振仪原理
一、面外激光测振仪
激光多普勒测振仪是基于光学干涉原理， 激光多普勒测振仪是基于光学干涉原理，也 就是光强分别是I 就是光强分别是 I1 和 I2 的两个相干光束相 互重叠。 互重叠 。 其总光强不是简单的单独光强的 相加而是根据以下称之为干涉条件的公式 得 出 的 Itot = I1 + I2 + 2√(I1I2)cos[2π(r1–r2)/λ] 由 于 多 普 勒 频移f= v/λ,即 与速度(v) 成正比变化。 f=2 (v)成正比变化 频移 f=2v/λ, 即 f 与速度 (v) 成正比变化 。 传感器获得的信号再经过频率电压转化为 电 压 信 号 U, 由 于 该 转 化 为 线 性 ， 即 ： U=k(F+f)+L=k*f+L‘ 其中L,L‘为常数 其中L,L‘为常数，电压通过高通滤波去处 L,L‘为常数， 直流分量得： 直流分量得：U=k*f=2kv/ λ，则v=k'*U， 电压与振动速度成正比。 电压与振动速度成正比。
多普勒频移和速度直接成正比例
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产品概况
激光测振仪产品是基于光学干涉原理， 采用非接触式测量技术， 激光测振仪 产品是基于光学干涉原理，采用非接触式测量技术 ， 可 产品是基于光学干涉原理 以在线实时测量物体的振动速度、振幅、加速度等物理量， 以在线实时测量物体的振动速度、振幅、加速度等物理量，用于 产品质量检测和优化等。分辨率在纳米量级。 产品质量检测和优化等。分辨率在纳米量级。 针对客户不同的需求，主要有以下几种系列： 针对客户不同的需求，主要有以下几种系列： 单点激光多普勒测振仪 三维激光多普勒测振仪 多点激光多普勒测振仪 远距离激光测振仪 扫描激光测振仪 高频激光测振仪 面内激光测振仪 显微激光测振仪
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激光测振仪的优势 激光多普勒振动仪(Laser Doppler Vibrometer)是一类应 激光多普勒振动仪 是一类应 用最广的非接触式无损测量设备， 用最广的非接触式无损测量设备，目前已具备纳米级的测 量精度， 量精度，在宏观结构和微型结构的动态测量方面都获得了 广泛应用。 广泛应用。 非接触式测量，无附加质量； 非接触式测量，无附加质量； 红色激光，安全可见； 红色激光，安全可见； 光斑大小可调，<10um； 光斑大小可调， ；
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系统示意图
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试验搭建
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测试项目及测试结果 测试目的： 测试目的：找出器件的谐振频率 测试方法： 测试方法 ： 将光斑定位在单元上电极的中心 在单元的上下电极间加峰峰值4V的正弦 点 ， 在单元的上下电极间加峰峰值 的正弦 电压， 改变输入电压的频率 ， 记录相应的振 电压 ， 改变输入电压的频率， 动速度或振幅，以便于绘制频响曲线。 动速度或振幅，以便于绘制频响曲线。
两束交叠的光作用在由平行光和暗条纹构成的干涉图 样的3 区域（测量范围） 样的 3D 区域 （ 测量范围 ） 将要测量的表面切割了 测量体积，显示和散色条纹的中间部分。 测量体积 ， 显示和散色条纹的中间部分 。 边缘间 仅由交叉半角Φ和光的波长λ决定。 距 d 仅由交叉半角 Φ 和光的波长 λ 决定 。 波长的 稳定， 稳定 ， 产品的设计与生产对保持两个变量不变是 很重要的. 很重要的.
激光测振仪在微机械振动 测量中的应用
王宇峰* 赵婷婷 王宇峰* 宋云峰 苏州舜新仪器有限公司 *清华大学 清华大学 2011.9.26
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MEMS简介 简介
MEMS指可批量制作的，集微型传感器、微型结构、微型执行 指可批量制作的，集微型传感器、微型结构、 指可批量制作的 器以及信号处理和控制电路、接口、 器以及信号处理和控制电路、接口、通讯等于一起的微型器件 或系统。它具有微型化、集成化、微电子化等主要特点。 或系统。它具有微型化、集成化、微电子化等主要特点。 MEMS已在信息技术外围设备、汽车、工业航空/航天发动机、 已在信息技术外围设备、汽车、工业航空 航天发动机 航天发动机、 已在信息技术外围设备 消费电子、医药和生命科学、远程通讯等领域得到广泛应用。 消费电子、医药和生命科学、远程通讯等领域得到广泛应用。
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实验概述
激光测振仪将直径小于30um 激光测振仪将直径小于 的激光光斑汇聚于压电微超 声换能器的每个单元上， 声换能器的每个单元上 ， 由 信号发生器对其进行激励， 信号发生器对其进行激励 ， 并由激光测振仪测量其振动 量 ， 实现了激光测振仪对微 结构振动特性的非接触式测 并给出了测量结果， 量 ， 并给出了测量结果 ， 包 括谐振频率、 信噪比、 括谐振频率 、 信噪比 、 低压 串扰等。 串扰等。
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激光多普勒测振仪— 激光多普勒测振仪—应用案例
案例 1 振动工作台和压电陶瓷测试
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激光多普勒测振仪— 激光多普勒测振仪—应用案例
案例 1 振动工作台和压电陶瓷测试
V=1.15Voltage v=4.07mm/s D=64.8nm
V=1.5voltage v=5.31mm/s D=33.82nm
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MEMS简介 简介
小尺寸： 小尺寸：
体积小、质量轻、功耗低、 体积小、质量轻、功耗低、惯性小
多样化： 多样化：
包含数字接口、自检、 包含数字接口、自检、自调整和总线兼容功 具备在网络中应用的基本条件， 能，具备在网络中应用的基本条件，具有标 准的输出，便于与系统集成在一起， 准的输出，便于与系统集成在一起，且能按 要求灵活的设计制造出多样化的MEMS； 要求灵活的设计制造出多样化的 ；
光电池成为未来生活能 源的最好选择 光电池原材料 硅片表面
233 倍特殊光下，取 倍特殊光下， 得足够的信息进行测 量和检测
测量太阳能板平 面度\厚度 线路宽 面度 厚度,线路宽 厚度 度，线路横截面 形状
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产品特色优势
产品的新颖性： 产品的新颖性：
纳米光电测控设备在中国的需求量是近几年才开始发展起来的,具有 纳米光电测控设备在中国的需求量是近几年才开始发展起来的 具有 相当的新颖性。激光测振仪采用非接触式测量，对物体的振动、 相当的新颖性。激光测振仪采用非接触式测量，对物体的振动、速度 及位移等进行测量；拥有高空间分辨率； 及位移等进行测量；拥有高空间分辨率；可通过外接显微镜或望远镜 等设备实现对微小物体的显微测试和大型物体的远距离测试； 等设备实现对微小物体的显微测试和大型物体的远距离测试；
微电子： 微电子：
采用MEMS工艺可以把不同功能、不同敏感方向或制动方向的 工艺可以把不同功能、 采用 工艺可以把不同功能 多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、 多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执 行器阵列或其他更复杂的微系统。 行器阵列或其他更复杂的微系统。 **由于尺度小，能够感受作用的面积极小；由于体积小而相对表 由于尺度小，能够感受作用的面积极小； 由于尺度小 面积大，易受环境影响。 面积大，易受环境影响。
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测试项目及测试结果
测试目的： 测试目的：测量器件的信噪比 测试方法：将光斑定位在单元上电极的中心点 在单元的上下电 测试方法：将光斑定位在单元上电极的中心点,在单元的上下电 极间加峰峰值4V的正弦电压 频率即为前面测试确定的谐振频 极间加峰峰值 的正弦电压,频率即为前面测试确定的谐振频 的正弦电压 记录振动的幅度,去除激励电压 再次记录振动的幅度,两次振 率.记录振动的幅度 去除激励电压 再次记录振动的幅度 两次振 记录振动的幅度 去除激励电压,再次记录振动的幅度 幅的比值极为信噪比。 幅的比值极为信噪比。 测试结果：加载前振幅： 测试结果：加载前振幅：0.01um 加载后振幅： 加载后振幅：0.128um 信噪比： 信噪比：0.078125
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实验概述
被测器件是一6*6的超声换能器阵列， 阵列中的每一单元 的超声换能器阵列， 被测器件是一 的超声换能器阵列 可单独操作，其基本结构是带有上下电极的压电薄膜， 可单独操作，其基本结构是带有上下电极的压电薄膜，所 有单元的下电极连在一起，上电极单独引出， 有单元的下电极连在一起，上电极单独引出，在上下电极 间加正弦激励信号可产生超声波，当接收到超声波时， 间加正弦激励信号可产生超声波，当接收到超声波时，上 下电极间会有电信号。 下电极间会有电信号。
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产品概况
白光干涉仪采用光学干涉技术， 白光干涉仪 采用光学干涉技术，可以沿垂直轴方向对被测物体进行 采用光学干涉技术 扫描，它精密测量样品的表面形状分布。 扫描，它精密测量样品的表面形状分布。 应用领域： 应用领域： LED晶片基板测量 晶片基板测量 表面粗糙度/平整度分析 表面粗糙度 平整度分析 硬盘悬臂焊接点的直径测量 太阳能电池纹理缺陷检测