激光测振仪校准装置的设计和应用
激光干涉仪的设计与应用
激光干涉仪的设计与应用激光干涉仪是一种利用激光干涉原理测量物体长度的仪器。
它的特点是测量精度高，可达到亚微米级别，适用于各种长度的测量。
在制造、工程、科学等领域都有重要的应用，下面将介绍其设计和应用。
一、激光干涉仪的原理激光干涉仪基于干涉原理，即利用激光的相干性，将两束激光光束分别照射到测量物体的两个不同位置上，然后让光束反射回来，经过干涉产生干涉条纹，通过分析干涉条纹的移动和变化，可以测量物体的长度、形状和表面质量等。
二、激光干涉仪的构造激光干涉仪主要由光源、分光器、反射镜、光电探测器、转换电路等组成。
其中光源是激光器，应具有单色、长寿命、高光强度、小发散角度等特点。
分光器和反射镜将激光分成两束并反射回到测量物体上，然后经过干涉、反射等过程，形成干涉条纹。
光电探测器可以将光电信号转换成电信号，然后经过转换电路放大、滤波、解调等处理，最终得到测量结果。
三、激光干涉仪的应用1.表面形貌测量激光干涉仪可以用于表面形貌测量，例如测量机械零件的平整度、光学元件的表面形状、生物医学材料的表面粗糙度等。
利用干涉技术可以获得高精度的表面高程和表面形状信息。
2.形变测量激光干涉仪也可用于测量物理量的变形，如应力、形变、位移等。
例如在建筑工程中可以利用激光干涉技术测量混凝土梁的挠度和伸缩变形，从而评估结构的安全性。
3.纳米测量激光干涉仪可用于纳米尺度测量，例如测量纳米材料的形貌、纳米粒子的大小等。
利用干涉技术可以获得高分辨率的纳米级别表征。
4.光学元件测试激光干涉仪还可以用于光学元件测试，例如测量透镜、反射镜、光栅等的曲率半径、折射率、相位等。
利用干涉技术可以获得高精度的光学参数信息。
四、其他需要注意的事项使用激光干涉仪时需要注意安全，避免对人眼造成伤害。
此外激光干涉仪的精度和灵敏度都较高，需要进行科学的校准和校验，避免因仪器误差而产生误报。
总之，激光干涉仪作为一种高精度的测量工具，可以在制造、科学、工程等领域有着广泛的应用。
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。
用于坐标测量机和机床的数值控制轴之定位精度的激光校准系统
素材熱補償，光學熱漂移 死點矯正，餘弦錯誤。
參考文獻
• [1] ISO 230-2: 1997 Test code for machine tools - Part 2. Determination of • accuracy and repeatability of positioning of numerically controlled axes. • 2nd ed. Geneva, Switzerland: International Standardisation Organisation; • 1997. • [2] Guide to the expression of uncertainty in measurement, ISO
激光测量技术与应用指南
激光测量技术与应用指南激光测量技术是一种基于激光光束的高精度测量方法，具有非接触、高精度、快速、无损等特点，在工业生产、科学研究、医学诊断等领域有着广泛的应用。
本文将围绕激光测量技术的原理、设备、应用场景等方面进行讨论和介绍。
一、激光测量技术的原理激光测量技术是基于光的干涉和散射原理进行测量的方法。
激光测量过程中，激光束被发射并照射到被测物体上，然后通过接收器接收反射回来的激光信号。
根据激光的特性，通过计算激光的入射和出射时间差、频率偏差、干涉光的相位差等指标，可以推算出被测物体的形态、尺寸、位移、速度等物理量。
激光测量技术的原理复杂但稳定可靠，已经在许多领域得到广泛应用。
二、激光测量技术的设备激光测量技术的设备主要包括激光器、接收器、干涉仪、相位计等。
激光器是激光测量系统的核心激光发射源，可以选择不同波长和功率的激光器来适应不同的应用需求。
接收器是接收激光反射信号的装置，通常采用光电二极管或光敏电阻等光电探测器，其灵敏度和响应速度直接影响到测量的精度和速度。
干涉仪是激光测量中常用的测量装置，通过测量光的波前差或干涉光的相位差来计算被测物体的相关参数。
相位计则是用来测量干涉光的相位差的仪器，可以采用电子数字相位计或光学干涉仪来实现。
三、激光测量技术的应用场景1. 工业生产领域激光测量技术在工业生产中有着广泛的应用。
例如，在机械装配过程中，可以利用激光测量技术对零件的尺寸、形状进行检测和定位，确保装配的精度和质量。
在激光切割、激光焊接等工艺中，激光测量技术可以实时监测加工过程的尺寸和形态，保证工艺的准确性和稳定性。
此外，在汽车制造、电子制造、航空航天等领域，激光测量技术也被广泛应用于零件尺寸检测、表面质量评估、三维建模等方面。
2. 科学研究领域科学研究是激光测量技术的另一个重要领域。
利用激光测量技术，科学家可以对微小的材料进行非接触式测量，获取精准的数据。
在材料科学、物理学、化学等领域，激光测量技术常用于表面形貌分析、纳米尺度精密角度测量、光学薄膜测试、材料强度分析等方面。
激光测振仪内外测振原理
激光测振仪内外测振原理激光测振与人类的生产生活是息息相关的，在材料探伤、机械系统的故障诊断、噪声消除、结构件的动态特性分析及振动的有限元计算结果验证等方面广泛应用。
此项测量技术方法促使人类的生产生活质量向着更好更完善的方向发展，随着激光振动测量技术的成熟与完善，高精度、高效率、低成本的测量方案必将实现并走向成熟。
面外测振偏振光从氦氖激光分束器分裂成两束，一个用于测量，一个用于参考。
前者通过调制提供频移F，并且集中在样品表面。
系统收集物体的反射光束和在传感器表面干涉的参考光束。
由于多普勒效应，干涉频率是F+f,f是将要测量的样品振动频率。
由于多普勒频移与速度成正比，也就是f = 2v/λ，f是频率。
从传感器出来的信号与输出电压信号成线性比例关系。
也就是U=k×(F+f)+L=k×f+L‘, U是输出电压L, L’是常数，电压信号的直流部分被高通滤波器除去，所以输出信号是U=k×f=2kv/ λ.因此电压和振动速度成比例，也就是说v=k‘×U，k’是常数.面内测振激光内测振仪测量的是垂直于两个汇聚激光探针平分线平面内的表面移动速度。
背散色激光的频移（多普勒效应）决定了速度。
信号处理把振动（交流电源）组件和连续运动（直流电源，平均速度）分开。
在测量头里面，输出激光被分成两束。
探测光离开测量头，在待测移动表面，以一个已知的角度Φ汇聚和交叠。
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。
边缘间距d仅由交叉半角Φ和光的波长λ决定。
波长的稳定，产品的设计与生产对保持两个变量不变是很重要的.多普勒频移和速度直接成正比例.嘉兆公司拥有40年测试测量行业经验，专业的销售、技术、服务团队，在众多领域都非常出色，包括：通用微波/射频测试、无线通信测试、数据采集记录与分析、振动与噪声分析、电磁兼容测试、汽车安全测试、精密可编程测量电源、微波/射频元器件、传感器等并分别在深圳、北京、上海、武汉、西安、沈阳、珠海、成都设有全资分公司、生产工厂、办事处。
激光多普勒振动测量5
· 燃油喷射系统的在线测试 · 电机的声质量控制 · 数据存储部件的临界谐振测
试，如硬盘驱动悬臂梁和轴承 · 显微系统的研发和测试 · 航空部件测试
QuickCheck 对获取的测量信号进行 评估，并与生产线控制相互作用。
· 超声工具和制动器 · 医疗应用
OFV 系统一览表
OFV-2500 系列测振控制器
加上新一代的可同时测量两个点、带宽至 24MHz 的双通道控制器 OFV-2570，Polytec 进一步 为用户拓宽了振动测试设备的选择性，以确保根据您 的特定应用需求和预算，选择最合适的产品型号。
关键特点&优点
· 操作简单、价格亲民、为特定应用提供解决方案 · 用户友好的操作面板或远程控制接口，操作起来
·USB1.1 接口控制测振仪
9kg
宝利泰测量技术（北京）有限公司
Polytec China Ltd. 北京市朝阳区光华路 7 号汉威大厦西区 1026 室（100004） 电话：010-65682591 65617091 传真：010-65688291 E-mail：info-cn@ 中文网址：
mm/V
μm
0.01
0.1
0.1
1
1
10
10
100
100
1,000
1,000
10,000
10,000
100,000
最低频率极 限 Hz 0.5 0.5 0.5
最高频率极 限 kHz 250 3,000 3,200
分辨率 （典型值）1） 加速度
μm s–1/√Hz g
0.2
16,000
0.5
1,900,000
OFV-2510 位移控制器
双频激光测量系统在测绘仪器检定中的应用
五、结论
五、结论
测绘新技术在测绘工程测量中的应用具有重要的意义和作用，可以提高测量 精度和效率，降低测量成本，推动测绘工程的现代化发展。虽然测绘新技术的应 用存在一些不足，但随着技术的不断进步和完善，相信未来测绘新技术将在测绘 工程测量中发挥更大的作用。
谢谢观看
1、优势
（2）速度快：测绘新技术可以实现自动化、高效的数据采集和处理，提高测 量速度。
（3）操作简单：测绘新技术设备操作简单，方便快捷，能够降低测量成本和 提高效率。
2、不足
2、不足
测绘新技术的应用也存在以下不足： （1）设备成本高：测绘新技术设备价格较高，对于一些小型测绘工程来说， 会加大成本压力。
4、通用性：双频激光测量系统可以适用于不同种类的测绘仪器检定， 具有很好的通用性。
1、对环境要求较高：双频激光测量系统对环境中的灰尘、磁场和温度等因素 比较敏感，需要严格控制测量环境。
4、通用性：双频激光测量系统可以适用于不同种类的测绘仪器检定， 具有很好的通用性。
2、成本较高：双频激光测量系统的设备成本和维修成本较高，需要专业的技 术人员进行操作和维护。
4、通用性：双频激光测量系统可以适用于不同种类的测绘仪器检定， 具有很好的通用性。
3、技术难度较大：双频激光测量系统的调试和维护需要较高的技术水平，对 于一般用户来说可能存在一定的学习难度。
参考内容
内容摘要
随着科技的不断发展，测绘新技术在测绘工程测量中得到了广泛应用。这些 新技术的应用不仅提高了测量精度和效率，还推动了测绘工程的现代化发展。本 次演示将详细介绍测绘新技术在测绘工程测量中的应用背景和意义，以及关键技 术、应用场景、优势和不足，最后展望未来地下管线铺设的重要环节之一，包括管道线路测量、管道内 部结构测量等。测绘新技术在管线测量中的应用，可以实现高精度、快速的数据 采集和处理，提高管线测量的效率和质量。
传感器技术 - 基于 PSD 的高精度激光校准仪的设计
传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies）2006年第25卷第6期基于PSD的高精度激光校准仪的设计*焦国华1，2，李育林1，胡宝文1（1.中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安710068；2.中国科学院研究生院，北京100039）摘要：针对国内对轴系的校准技术普遍采用传统的手工方法，提出了一种基于位置敏感探测器（PSD）的高精度激光校准的解决方法。
在PSD信号处理上，使用高精度的A/D转换单片机运用软件算法的方式代替传统的运算电路方法计算PSD位置值，有效地提高了系统的精度和稳定性。
回转式校准仪的偏移测量范围为±4mm，分辨力为1.5µm、精度为5.5µm。
可以广泛用于精确轴系校准和定位。
关键词：激光微位移测量；激光校准；位置敏感探测器；轴系校准中图分类号：TH741.4 文献标识码：A 文章编号：1000-9787（2006）06-0064-03Design of the high precision laser alignment system with PSD*JIAO Guo-hua1，2，LI Yu-lin1，HU Bao-wen1（1.Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Xi’an710068，China；2.Graduate School，the Chinese Academy of Sciences，Beijing100039，China）Abstract：Aim at the traditional manual way of the shaft alignment，a high precise laser alignment system with position sensing detector（PSD）is describes.In the PSD signal process，a new method to calculate the value of the position is adopted by using single chip computer with A/D change and the software arithmetic insteud of substitutethe pure circuit method.The accuracy and the stability of system are improved.The range of offset measurement is±4mm；the resolution is1.5µm，the accuracy is5.5µm.It can be used for shaft aligment and position.Key words：laser micro-displacement measurement；laser alignment；position sensing detector（PSD）；shaft alignment0 引言在机械安装和调试中，常需将轴承与转动组件（例如：电机轴）准确安装到位，这就要求各机组轴系的校准可靠。
- 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)。
激光测振仪校准装置的设计和应用贺芳琪;周伦彬;蔡晋辉;吕林华【摘要】针对激光测振仪校准中存在自动化程度低的问题，设计激光测振仪的校准装置。
介绍装置的硬件、软件设计，进行校准实验验证，测得实验数据并计算校准装置的不确定度。
该装置通过所测量的实际值与理论值比较来校准激光测振仪。
装置包含激励源部分、测量仪器部分、通信仪器部分和PC机，其中激励源提供标准振动信号和标准频率信号，测量仪器测得输出电压和波形，以GPIB接口作为通信仪器将PC机与激励源和测量仪器相连，PC机以虚拟仪器软件为开发平台，控制输入标准频率信号，采集和显示输出电压数据和波形结果，实现激光测振仪的自动化校准。
实验证明装置性能良好，数据真实可靠，误差低于1%，符合规程要求。
%For the problem on low degree of automation in laser vibrometer calibration , the laser vibrometer calibration device is designed. Design of the device's hardware and software is introduced. Calibration experiment and verification are conducted. Experimental data is obtained and the uncertainty of the calibration device is calculated. The device is used for calibrating the laser vibrometer by comparing the actual measured value with the theoretical value. The device includes excitation source section, measuring instrument section, communicated instrument section and PC, wherein the excitation source provides standard vibration signal and standard frequency signal and the measuring instruments measures output voltage and waveform. GPIB interface is taken as communication instrument to connect PC with the excitation source and measuring instruments. For the PC, LabVIEW is taken as development platform tocontrol the standard frequency signal input, collect and display voltage data and waveform result, so as to achieve automated calibration of the laser vibrometer. Experiment results show that the device features good performance; data is reliable and error rate is less than 1%. Thus the device meets the regulation requirements.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2017(043)001【总页数】5页(P74-77,83)【关键词】激光测振仪;自动化校准;灵敏度;频率特性;LabVIEW【作者】贺芳琪;周伦彬;蔡晋辉;吕林华【作者单位】中国计量大学计量测试工程学院，浙江杭州 310018;苏州赛宝校准技术服务有限公司，江苏苏州 215100;中国计量大学计量测试工程学院，浙江杭州 310018;苏州赛宝校准技术服务有限公司，江苏苏州 215100【正文语种】中文激光测振仪是一类非接触式、高准确度的振动测量仪器，以多普勒效应和干涉现象为测量原理，可应用于轻质结构、精巧结构等接触式测振仪无法测量的机械结构[1]，在振动幅值的准确测量和位移、速度和加速度计量的溯源问题中发挥着重要作用。
随着激光测振仪在航空航天、建筑交通、机械制造等领域的广泛应用，对激光测振仪的周期性校准，保证其测量准确性和稳定性，受到国内外众多计量机构的重视。
在国外关于振动传感器校准装置的研制起步较早，美国ENDEVCO公司推出的正弦扫描全自动振动传感器校准系统[2]和丹麦B&K公司设计的9610型振动传感器校准系统[3]，仅适用于接触式测振仪的校准。
德国物理技术研究院（PTB）2011年编写实施的国际标准ISO 16043-41《激光测振仪校准》提出了激光测振仪的校准方法[4]，却没有提出装置设计思路。
在我国2009年生效的JJF 1219——2009《激光测振仪校准规范》同样未给出校准装置的设计思想，仅提出激光测振仪的校准参数要求和校准项目[5]。
张合富等[6]在理论层面总结了振动校准法、冲击校准法和调频信号校准法3种激光测振仪的校准方法，但未能从实践角度设计校准系统。
由此可见，激光测振仪的校准仍处于手工校准的阶段，不仅工作强度大、效率低下，检定准确度也受到人为因素的影响。
基于此，本文设计一套激光测振仪自动校准装置，以提高激光测振仪校准装置的自动化程度。
激光测振仪一般基于光干涉原理和多普勒效应实现振动的测量，包括激光干涉测量和信号采集、处理两个部分。
在激光干涉测量部分中，氦氖（HeNe）激光器发出一束激光通过分光镜分为测量光与参考光，测量光投射到振动表面并反射回来与参考光进行干涉，由光电探测器接收并获得多普勒频移，通过多普勒频移与振动速度之间的线性关系测量振动物体表面的速度幅值[7]。
干涉后的光信号由光电探测器转换成调频信号，经过信号采集、处理部分解调输出测量值。
根据JJF 1219——2009《激光测振仪校准规范》需要对激光测振仪进行量程测试、灵敏度测试和频率特性测试等，本文设计装置满足校准要求的参数指标，以下从硬件和软件两个部分介绍装置的设计思路和实现方式。
1.1 激光测振仪校准装置的硬件设计本文设计的激光测振仪校准装置包含激励源、测量仪器、通信仪器和PC机。
激励源部分产生标准信号输入被校激光测振仪，测量仪器部分测量输出结果，通信仪器部分分别将激励源、测量仪器与PC机相连，PC机利用LabVIEW软件开发平台对各仪器进行设置并控制仪器的输入、传输和显示，结构框图如图1所示，所用主要仪器设备见表1。
激励源包括标准振动信号发生器和调频信号发生器，分别通过量程测试和灵敏度、频率特性测试的标准激励。
标准振动发生装置用于产生按正弦规律变化的振动位移、速度、加速度标准信号，根据规范其产生的信号幅度范围应覆盖被校准仪器相应量值的校准范围，且满足加速度的总谐波失真度不超过2%，加速度幅值稳定性在测量期间不超过读数的±0.05%。
选用JX-3B型振动传感器校准仪，内部可产生10，20，40，80，160，320，640，1280 Hz共8种频率的标准正弦信号，输出位移、速度及加速度3种振动幅值，谐波失真和稳定性均符合激光测振仪校准的标准信号输入要求。
调频信号发生仪器用于模拟激光干涉仪部分的信号输入，实现对激光测振仪信号采集、处理电路部分的电校准。
选用RIGOL生产的DG5252型双通道信号发生器，可调测量范围1 Hz～100 MHz，测量不确定度仅为0.002%，能提供功能完全相同的两通道标准正弦波形激励，保证输入示波器和信号采集、分析电路的相位准确。
测量仪器由电压测量仪器和数字存储示波器组成，测量被校仪器的电压数据和波形数据。
规范要求仪器测量幅度最大允许误差应不大于被校激光测振仪幅度最大允许误差的1/3。
电压测量仪器选用量程为-20～20 V，采用八位半分辨率的KEITHLEY2002型数字多用表，其基本准确度是0.0006%。
数字存储示波器选用美国Tektronix公司的TDS3052数字示波器，能够同时显示两个通道信号，每条通道取样速率5GS/s，带宽为500MHz，垂直分辨率是9位，垂直灵敏度是1mV～10V。
激光测振仪校准装置要实现自动化，需要通过一定的总线协议将多台仪器有机集成。
本装置利用GPIB总线协议作为测试系统中仪器之间的通信接口协议，其数据传输的速率达到1Mb/s，起主要作用的信号线有 8条数据线 DIO1-DIO8，3条挂钩线（DAV，NRFD，NDAC）、5条接口管理线（ATN，IFC，REN，SRQ，EOI），其中的3条挂钩线采用三线互锁联络技术来保证数据完全接收并且稳定、有效。
GPIB接口可以实现和多台仪器的听、讲、控功能，并组成仪器测控系统。
在本校准装置中PC机、信号发生器、数字多用表和数字示波器分别担任多个角色，如PC机是控制器，但同时也可以作为听者或讲者。
GPIB接口控制卡采用AXIOM公司的AX5488型GPIB接口控制卡。
该控制卡采用NEC-μPD7210GPIB控制芯片，具有TLC（talker/listener/controller）功能，可提供IEEE488接口，具有6个中断优先级和3各DMA通道，可接入计算机。
1.2 激光测振仪校准装置的软件设计本装置在LabVIEW的软件环境下进行开发[8]。
基于LabVIEW的GPIB独立仪器集成测试平台软件包括GPIB的接口驱动程序、仪器驱动程序和集成测试平台主控程序3部分。
GPIB接口程序和各仪器驱动程序是接口和检测仪器进行控制和通信的模块集，每个模块集都有自己的仪器驱动程序，由制造商提供[9]。
主控程序调用 LabVIEW 函数模板中Instrument I/O子模板下的VISA函数进行开发。
本装置软件的整体结构在while循环中，设置了4个case结构，分别对电源、信号发生器、数字多用表和数字示波器实现控制。
首先启动配置工具MAX对仪器进行正确配置，使之与PC机的通信保持在正常状态。
通信正常后，VISA初始化首先运行，在用户前面板上分别对各个仪器进行设置，电源设置仪器输出电压、电流，信号发生器采集信号类型、单位、偏移量、频率和幅值，数字多用表设置信号类型，数字示波器设置仪器检测通道和扫频精度。
调用VISA打开函数，打开相应仪器VISA资源的会话。