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激光干涉原理在振动测量中的应用
来源:本站整理  作者:佚名  2009-12-23 08:37:50




    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。

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