激光干涉原理在振动测量中的应用讲解
激光干涉技术在精密测量中的应用研究
激光干涉技术在精密测量中的应用研究激光干涉技术是目前应用最广泛的一种精密测量方法，它利用激光的准直性、相干性和波长稳定性，在测量物体的形状、表面形貌、位移、振动、变形等方面具有很高的精度和分辨率，被广泛应用于制造、科研及医疗等领域。
本文将会详细探讨激光干涉技术在精密测量中的应用研究，包括激光干涉技术的基本原理及分类、激光干涉计的结构和工作原理、激光干涉技术在表面形貌测量、位移测量和振动测量中的应用、激光干涉技术在工业生产中的应用以及其在医疗领域中的应用。
一、激光干涉技术的基本原理和分类激光干涉技术是利用激光的准直性和相干性，在将两束或多束激光引导到相同的测量点或目标区域时，由于激光的相干性，相干的激光将会产生干涉条纹，通过对这些干涉条纹的分析，可以得到被测量物体的精密信息。
激光干涉技术主要有多普勒激光干涉技术、白光干涉技术、涡流激光干涉技术等。
二、激光干涉计的结构和工作原理激光干涉计主要由光路、干涉仪、检测器以及信号处理系统等组成，其中干涉仪是实现干涉效果的核心装置。
干涉仪主要有两种类型，一种是Michelson干涉仪，另一种是Fizeau干涉仪。
Michelson干涉仪采用一个半透镜和两个反射镜对激光进行分束、反射、再合并，从而产生干涉条纹；而Fizeau干涉仪使用一个反射镜和一个折射平面对激光分别进行反射和透射，产生干涉条纹。
信号处理系统主要用于对干涉条纹进行处理和分析。
三、激光干涉技术在表面形貌测量中的应用激光干涉技术具有高分辨率、高灵敏度、非接触等特点，广泛应用于表面形貌测量。
通过测量被测量物体表面与基准表面之间的距离差，可以得出被测物体的表面形貌信息。
激光干涉技术在表面形貌测量中已取得了显著的进展，应用广泛，如金属表面粗糙度测量，光学元件的制作等。
四、激光干涉技术在位移测量中的应用激光干涉技术可对微小的位移进行测量，精度高、实时性好，被广泛应用于工程应用中，如机械工程、土木工程、电子工业等。
机械振动测量的激光干涉技术原理及其应用
机械振动测量的激光干涉技术原理及其应用一、引言机械振动测量是工程领域中非常重要的一项技术，其应用范围非常广泛。
在机械工程、航空航天、汽车工业等领域中，机械振动测量技术的应用可以帮助我们更好地了解物体的振动特性，从而为产品设计和生产提供更加精确的数据支持。
而在机械振动测量中，激光干涉技术是一种非常重要的技术手段。
二、什么是机械振动测量机械振动是指物体在受到外力作用时发生的周期性变形或运动。
而机械振动测量则是通过对物体进行观察和测试，来获取其振动特性和参数的过程。
通常情况下，我们使用加速度计、位移传感器等设备来进行机械振动测量。
三、什么是激光干涉技术激光干涉技术是一种基于光学原理的非接触式测量方法。
它通过将一束光分成两束，并使其沿着不同的路径传播，然后再将它们重新合并在一起，从而形成干涉条纹。
通过观察干涉条纹的变化，我们可以测量出物体的形变、位移等参数。
四、激光干涉技术在机械振动测量中的应用在机械振动测量中，激光干涉技术可以帮助我们更加精确地测量物体的振动特性和参数。
具体来说，它可以用于以下方面：1.测量物体的位移在机械振动中，物体的位移是一个非常重要的参数。
通过使用激光干涉技术，我们可以非常精确地测量出物体的位移，并对其进行分析和研究。
2.测量物体的振动频率和振动模态机械振动通常是以一定频率进行的。
通过使用激光干涉技术，我们可以精确地测量出物体的振动频率，并进一步确定其振动模态。
3.检验机械零部件的质量在机械制造过程中，零部件质量是一个非常重要的指标。
通过使用激光干涉技术，我们可以对零部件进行非接触式检验，并获取其质量信息。
4.分析机械结构的动态特性在机械设计过程中，分析机械结构的动态特性是非常重要的。
通过使用激光干涉技术，我们可以对机械结构进行动态分析，并获取其振动特性和参数。
五、激光干涉技术的测量原理在使用激光干涉技术进行测量时，通常需要借助一些设备来实现。
下面是激光干涉技术的测量原理：1.光源发出一束单色、相干、平行的光线。
激光干涉仪原理及应用概述
激光干涉仪原理及应用概述激光干涉仪的原理可以简单介绍为以下几个步骤：首先，激光器产生激光光束，通过光学系统使光束变得平行。
然后，光束被分成两束，一束作为参考光束，另一束作为测量光束。
参考光束被发送到一个参考反射镜上反射回来，而测量光束则被发送到被测物体上，然后反射回来。
参考光束和测量光束在一个光学平台上交汇，形成干涉条纹。
通过观察、记录和分析干涉条纹的形态变化，可以得到被测物体的表面形貌或者其他参数。
1.工业制造：激光干涉仪可以用于测量工件的平面度、圆度、直线度等形貌参数，用于质量控制和优化生产过程。
2.精密测量：激光干涉仪可以进行亚微米级的位移测量，被用于精密仪器的研发和生产。
3.表面形貌测量：激光干涉仪可以测量微观表面的凹凸及表面光滑度，广泛应用于材料科学、纳米科技等领域。
4.生物医学：激光干涉仪可以测量生物组织的变形、变量等参数，用于医学研究和医疗诊断。
5.振动分析：激光干涉仪可以对机械部件或振动体进行振动频率、幅度等参数的测量，用于机械工程的研究和调试。
激光干涉仪的应用还在不断拓展和发展，不仅可以实现高精度的测量，还可以配合其他技术如像散斑技术、数码图像处理等进行更精确的测量和分析。
此外，随着激光技术的发展，激光干涉仪的体积和成本也在不断降低，有助于其在各个领域的广泛应用。
总之，激光干涉仪作为一种高精度测量仪器，具有广泛的应用前景。
它可以实现精确测量、快速响应和非接触测量等特点，被用于各个领域的研究和应用。
随着技术的进一步发展，激光干涉仪将会在更多领域得到应用，为科学研究和工业生产提供更多的支持和解决方案。
激光测振仪工作原理
激光测振仪工作原理：
激光测振技术依赖于光的多普勒效应，用于测量振动物体的物理参数。
当相干激光光束照向振动物体时，由于多普勒效应，光的频率会发生调制，产生激光多普勒效应，体现为激光频偏（fd）。
通过激光干涉技术，将照射物体并反射回的激光光束与参考光束进行干涉，最终在光电探测器（PD）上探测得到多普勒频偏（fd），从而获得振动物体的物理参数。
多普勒激光干涉测振技术路线：激光多普勒测振技术包括外差干涉和零差干涉两种。
外差干涉对照射物体的光束或参考光束的其中一路施加一个固定频率的移频，干涉后得到一个包含载波的调频信号，再通过锁相环
技术或正交混频得到多普勒频偏或相位，直接对应振动物体的振动速度或相对位移。
零差干涉则对照射物体的光束和参考光束进行零频率处理，直接干涉得到一个零频附近（不包含载波）的调频信号，通过光学方式同时得到I和Q的信号，后续通过鉴相解调方式，得到相位，直接对应振动物体的相对位移。
机械振动测量的激光干涉技术原理及其应用
机械振动测量的激光干涉技术原理及其应用一、激光干涉技术概述1.1 激光干涉技术简介激光干涉技术是一种基于激光干涉现象的测量技术，通过利用激光光束的干涉效应，可以实现对目标物体的形状、表面特征以及运动状态等参数的测量。
激光干涉技术具有高精度、非接触和实时性等优势，被广泛应用于机械振动测量领域。
1.2 机械振动测量的意义机械振动测量是研究和评估机械系统动态性能的重要手段。
通过对机械振动的测量和分析，可以了解机械系统的结构特性、工作状态以及可能存在的故障或缺陷。
因此，机械振动测量在机械设计、故障诊断和结构动力学研究等领域具有广泛的应用前景。
二、激光干涉技术测量原理2.1 光的干涉原理光的干涉是指两个或多个光波相互叠加时产生的明暗交替的干涉条纹。
干涉条纹的出现是由于光波的相位差引起的，根据相位差的不同，干涉条纹会呈现出不同的明暗程度。
2.2 激光干涉技术测量原理在机械振动测量中，通常使用Michelson干涉仪或Fizeau干涉仪来实现激光干涉测量。
这些干涉仪利用激光光束的相干性和干涉效应来测量目标物体的振动情况。
激光干涉技术的基本原理是：将激光光束分成两束，分别射向目标物体和参考面，经过反射后再次汇合成一束光。
由于目标物体的振动，其表面会引起光程差的变化，从而产生干涉条纹。
通过对干涉条纹的分析和处理，可以得到目标物体的振动参数。
三、激光干涉技术的应用3.1 机械结构振动测试激光干涉技术可以用于对机械结构的振动进行测量。
通过将激光束射向机械结构表面，并利用干涉条纹的变化来获取结构的振动频率、振幅等参数，从而评估结构的稳定性和振动特性。
3.2 高精度位移测量利用激光干涉技术可以实现对物体位移的测量。
通过测量干涉条纹的移动情况，可以获取物体的位移信息，达到亚微米甚至纳米级的测量精度。
这在精密加工和微观物体测量等领域具有重要的应用价值。
3.3 动态应变测量激光干涉技术还可以实现对物体动态应变的测量。
当物体受到外力作用引起应变时，其表面形状会发生变化，从而改变干涉条纹的分布情况。
激光干涉原理在振动测量中的应用讲解
激光干涉原理在振动测量中的应用激光干涉原理在振动测量中的应用0 引言振动量值的计量是计量科学中一个非常重要的方面。
在现实中，描述振动特性的最常用的量值是位移、速度、加速度。
常用的测振技术是接触式测量。
在测量物体上安装加速度传感器，利用加速度传感器的电荷输出信号实现加速度- 速度- 位移的相关测量。
如果测量较小物体的振动，附加的传感器质量往往影响被测物体的振动，从而产生测量误差；而且一些工作场合因被测物体表面影响或是测量条件的限制往往激光干涉原理在振动测量中的应用0 引言振动量值的计量是计量科学中一个非常重要的方面。
在现实中，描述振动特性的最常用的量值是位移、速度、加速度。
常用的测振技术是接触式测量。
在测量物体上安装加速度传感器，利用加速度传感器的电荷输出信号实现加速度-速度-位移的相关测量。
如果测量较小物体的振动，附加的传感器质量往往影响被测物体的振动，从而产生测量误差；而且一些工作场合因被测物体表面影响或是测量条件的限制往往不允许在被测物体表面安装测振传感器。
因此设计和开发新型的非接触式、高精度、实时性的测振技术一直是工程科学和技术领域中的重要任务。
由于激光的方向性、单色性和相干性好等特性，使激光测量技术广泛应用于各种军事目标的测量和精密民用测量中，尤其是在测量各种微弱振动、目标运动的速度及其微小的变化等方面。
1激光干涉测振原理激光干涉测振技术是以激光干涉原理为基础进行测试的一门技术，测试灵敏度和准确度高，绝大部分都是非接触式的。
激光干涉原理如图1 所示。
光源S处发出的频率为f、波长为入的激光束一部分投射到记录介质H（比如全息干板）上，光波的复振幅记为E1，另一部分经物体0表面反射后投射到记录介质H上，光波的复振幅记为E2。
其中：式中：A1和A2分别为光波的振幅；（T 1和（T 2分别是光波的位相；当E1和E2满足相干条件时，其光波的合成复振幅E为：光强分布I 为：式（4）的四项中前三项均为高频分量，只有第四项为低频分量，且与物体表面的状态有关。
物理实验技术中的振动测量与解析方法
物理实验技术中的振动测量与解析方法振动作为物体的一种运动形式，广泛存在于各个领域。
在物理实验中，准确测量和分析振动现象是十分重要的。
本文将探讨物理实验技术中的振动测量与解析方法。
一、振动测量技术1.光电测振法光电测振法是一种通过光电测量来估测物体振动状态的方法。
它通过将物体固定在光电测振仪上，利用光电测振仪中的激光器和光敏位置传感器来测量物体的振动位移。
该方法具有高分辨率和高灵敏度的特点，适用于精确测量微小振动。
2.电容传感器测振法电容传感器测振法利用电容传感器来测量物体振动的方法。
当物体振动时，导致电容传感器的容量发生改变，通过测量电容传感器的电容变化来计算出物体的振动位移。
电容传感器测振法具有快速响应和较高的精度，常用于测量中等振幅的振动。
3.激光干涉测振法激光干涉测振法是一种利用激光干涉原理来测量物体振动的方法。
该方法利用激光束照射到物体上，并通过测量激光光束在物体表面反射出的干涉光信号的变化来计算物体的振动位移。
激光干涉测振法具有非接触性、高精度和灵敏度高的特点，适用于测量微小振动。
二、振动解析方法1.频谱分析法频谱分析法是一种将振动信号分解为不同频率分量的方法。
它可以将复杂的振动信号分解为一系列单一频率的分量，用于分析物体振动的频率特性。
常用的频谱分析方法包括傅里叶变换和小波变换。
频谱分析法可以帮助我们了解物体的共振频率以及受力后的振动特性。
2.模态分析法模态分析法是一种研究物体振动模态的方法。
它通过对物体进行激励，并测量物体在不同模态下的振动响应，从而确定物体的各个振动模态及其特征参数。
常用的模态分析方法包括振型测试和响应谱法。
模态分析法对于研究物体的振动特性和结构动力学具有重要意义。
3.相位空间分析法相位空间分析法是一种通过分析物体在相位空间中的轨迹来研究振动特性的方法。
它可以将多维振动信号映射到相位空间中，从而形成轨迹。
通过观察轨迹的形状和演化规律，可以揭示物体的非线性振动特性，并推断物体的非线性动力学行为。
基于激光干涉原理的地震检测技术研究
我 国位 于 环 太 平 洋 地 震 带 与 欧 亚 地 震 带 之 间 ， 受 太 平 洋 板 块 、 印度 板 块 和 菲 律 宾 海 板 块 的挤 压 ，是 一 个 震 灾 严 重 的
国家 。自 ２ ０世纪以来 ，发生 ６级 以上地震近 ８ ０次 ，遍 布 ０ 除黔 、浙、香港 以外的所有地 区ｌ。这些地震 活动频度 高、 １ 】 强度大 、震源 浅 ，分布广 ，造成 的人 员、财产损失 巨大 ，因
地 震波 检 测 方 法 的 发 展 现 状 与 不 足
文 章 编 号 ：１ ０ — ９ ３ （ ０ ２ １－ ２３ ０ ０ ６ ７７ ２ １ 光束 的 光 强 ，０ 两束 光 的位 相 差 。 ｌ ２分 为 由 式可 知 ， 发 生 变 化 ，Ｉ 生周 期 性 的变 化 ，在 空 间形 成 了 产 干 涉 条 纹 。 光强 的极 大值 条 件 为 ：
（ １山东 省 科 学 院 海 洋仪 器仪 表 研 究所 ， 山东 青 岛 ２ ６０ ６ ０ １； ２山东 省 科 学 院海 洋环 境 监 测 技 术 重 点 实 验 室 ， 山东 青 岛 ２ ６０ ６ ０ １）
摘
要 ：针对地震 波测 量方法存在 的不足 ，提 出一种基于 激光干涉原理 的测量技术 。基于该技术 的激光应变仪 ，在
迈 克 尔 逊 干 涉 仪 是 利 用 光 的 干涉 原 理 设 计 的可 以测 量 微 小 位 移 的仪 器 ，它 把 测 量 反 射 镜 与 被 测 对 象 固联 ， 参 考 反 射
震 数据 的获 取手段 。但 是 ，该类仪器 在信号检测 方面存在 】
缺 陷 ：对 次 声 范 围 内 的 信 号 检 测 能 力 明显 不 足 ，特 别 是 缓 慢 的 波 动 或者 超 长 波 的 信 号 ， 目前 的仪 器 还 不 能 获 得 精 确 的 实 验 数 据 。地 壳 的 振 动 量 级 大概 在 １ — Ｏ ，如 何 准 确 检 测该 Ｏ ｌｒ ｅ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
激光干涉原理在振动测量中的应用
激光干涉原理在振动测量中的应用0 引言振动量值的计量是计量科学中一个非常重要的方面。
在现实中，描述振动特性的最常用的量值是位移、速度、加速度。
常用的测振技术是接触式测量。
在测量物体上安装加速度传感器，利用加速度传感器的电荷输出信号实现加速度-速度-位移的相关测量。
如果测量较小物体的振动，附加的传感器质量往往影响被测物体的振动，从而产生测量误差；而且一些工作场合因被测物体表面影响或是测量条件的限制往往
激光干涉原理在振动测量中的应用
0 引言
振动量值的计量是计量科学中一个非常重要的方面。
在现实中，描述振动特性的最常用的量值是位移、速度、加速度。
常用的测振技术是接触式测量。
在测量物体上安装加速度传感器，利用加速度传感器的电荷输出信号实现加速度-速度-位移的相关测量。
如果测量较小物体的振动，附加的传感器质量往往影响被测物体的振动，从而产生测量误差；而且一些工作场合因被测物体表面影响或是测量条件的限制往往不允许在被测物体表面安装测振传感器。
因此设计和开发新型的非接触式、高精度、实时性的测振技术一直是工程科学和技术领域中的重要任务。
由于激光的方向性、单色性和相干性好等特性，使激光测量技术广泛应用于各种军事目标的测量和精密民用测量中，尤其是在测量各种微弱振动、目标运动的速度及其微小的变化等方面。
1 激光干涉测振原理
激光干涉测振技术是以激光干涉原理为基础进行测试的一门技术，测试灵敏度和准确度高，绝大部分都是非接触式的。
激光干涉原理如图1所示。
光源S处发出的频率为f、波长为λ的激光束一部分投射到记录介质H(比如全息干板)上，光波的复振幅记为E1，另一部分经物体O表面反射后投射到记录介质H上，光波的复振幅记为E2。
其中：
式中：A1和A2分别为光波的振幅；σ1和σ2分别是光波的位相；当E1和E2满足相干条件时，其光波的合成复振幅E为：
光强分布I为：
式(4)的四项中前三项均为高频分量，只有第四项为低频分量，且与物体表面的状态有关。
第四项的含义是σ2代表的物体表面与σ1代表的参考面之间的相对变化量。
因此通过处理和分析物体表面与参考在变形前后的位相变化、光强变化等，从而得到被测物体振动速度、位移等关系式。
2 激光干涉测振方法分析
激光干涉测振主要的方法有：时间平均全息方法、激光散斑干涉技术、激光多普勒测振技术等。
2．1 时间平均全息方法
对于在某一稳定频率下作简谐振动的物体，用连续激光照射，并在比振动周期长得多的时间内在全息干板上曝光，可将物体表面所反射的光与未作位相调制的参考光相叠加，将两束光的干涉图记录在全息干板上。
其重现象由反映节线和等振幅线组成的干涉条纹来表示振幅分布。
这就是时间平均全息方法的测振原理。
其时间平均全息图的重现像的光强度按零阶贝塞尔函数的平方分布。
式中：J0为零阶贝塞尔函数；V(x，y)为物体上某点的位移；θ1为振动方向和照明方向的夹角；θ2为振动方向和观察方向的夹角。
因此，由式(5)通过分析光强I的变化确定V(x，y)的量值，实现振动位移测量，如图2所示。
应当说明，如果物体振动的规律不同，条纹的强度分布规律也不同，但计算方法是类似的。
时间平均全息方法的实验过程简单，节线清晰，可以检测形状复杂的透光物体或反射物体以及漫散射体，因此在振动分析中广泛使用。
不足之处是测量范围小(仅几十微米左右)，对记录信息过多，对记录介质的分辨率要求过高，故限制了应用范围。
2．2 激光散斑干涉技术
激光散斑干涉是指被测物体表面的散射光产生的散斑与另一参考光相干涉，当物体表面发生变化时，如位移或变形等，干涉条纹也发生变化。
通过对这些干涉条纹的处理，可以得到物体表面的振动情况。
散斑法光路简单，不但可以非接触测量，无损检测，而且可以遥感测量。
不仅用来研究物体的状态，而且可对物体作振动分析，已经提出了多种测振方案，如时间平均法、频闪法、双脉冲电子散斑干涉(ESPI)法等。
散斑用于侧振时，条纹与位移之间的关系较为简单，但接收信号的强度由于物体的振动使散斑对比度变得很差，通常采用光学傅里叶变换滤波法，从混合的散斑图像中提取信息，最后将处理过的散斑图纸片放在线性衍射仪中进行滤波，产生一组清晰的条纹。
2．3 激光多普勒测振技术
如果一定频率的声波、无线电波或光波在传播过程中，对于接收器有相对运动时，接收器接收到的反射波的频率会随相对运动的速度变化，这种现象叫做多普勒频移效应。
激光多普勒测振原理就是基于测量从物体表面微小区域反射回的相干激光光波的多普勒频移△fD，进而确定该测点的振动速度V。
利用激光多普勒效应，不仅能测量固体的振动速度，而且也能测量流体的流动速度。
如图3所示，S为光源，频率为f，光速为c，O为光波接收器件，P为速度为V的运动物体，且能反射光波，当波源和接收器保持相对静止时，假设n是沿从光源到接收者光路上的波数或周期数，则由图3可知，在无限小的时间间
隔δt中，假定P移动到P'的距离为Vδt，则在光程中周期数将减少为：
式中：PN和PN'分别是向SP和PO作的垂线；PP'为无限小；λ和λ"是散射前后的波长。
式(6)可表示为：
在一般情况下，不需要区分λ和λ"，这样就得到一级近似的多普勒频移：
接收器接收到的光波频率为f+△fD，频率偏移量为△fD，也称多普勒频率。
由式(10)中被测物体速度V和多普勒频移△fD的关系式，并通过测量
△fD可以得到振动速度V的量值。
激光多普勒技术具有测量精度高，空间分辨力高，动态响应快，非接触测量的特点，适用于高温、高压、高速、放射等特殊环境中，应用范围广泛。
但也存在一定的缺陷，受被测体表面情况影响较大，另外光学测量头的性能也会影响测量精度。
3 改善激光测振精度的关键问题
在激光测振的过程中，对测量精度造成影响的外界因素有：激光束汇聚点离焦；测量系统的机械稳定性；激光束本身的强度分布；被测物体的表面效应等。
面对振动测量的低频、高精度测量要求，必须提高激光测振仪的测量精度。
改善激光测振精度的关键问题主要有以下几个方面：
(1)稳定激光的工作环境。
保证系统有一个好的工作环境，特别是从保证激光频率稳定角度出发，要保证系统工作环境的温度相对稳定。
(2)光路的设计、安装、调试。
良好的光路设计、可以提高测量的精度，减少因光引起的测量误差。
通过正确的安装、调试，减少因此引起的校准误差。
(3)光电转换接收。
通过对光电倍增管频响的分析，对接收到的干涉条纹产生的电信号进行处理，降低对光电信号的影响和电路系统的噪声，提高计数的准确性。
(4)良好的隔振措施。
在分析外界振动对系统影响的基础上，对系统进行适当的隔振，以降低外界振动对测量精度的影响。
(5)研究新的测量方法，研究多种技术的综合应用，降低成本，实现仪器化测振系统，开拓新的应用领域。
4 结语
通过在激光测振技术研究的工作中发现，目前激光测振技术理论上的方法虽多，但在工程应用中较少，主要原因是干涉条纹计数的精确度、隔振系统性能、被测物体表面效应、光的漫反射等影响。
因此，使用电子分频和光学细分等方法对干涉条纹进行细分；研究设计精确的隔振系统；运用快速发展的信号处理技术和光学仪器技术提高光电转换的信噪比，克服表面效应和漫反射效应的影响是今后的主要研究方向。