激光干涉测量系统工作原理

发布时间：

2022-08-10

光束分离器(BS1)将激光束分成参考光束和测量光束。在通过第二个光束分离器(BS2)后，测量光束聚焦到样本上，并进行反射。该反射光束由BS2向下偏转(见图)，然后与参考光束合并到检测器上。

　　激光头工作原理

　　上图显示了这种物理定律在激光测振仪中如何实现技术上的使用。

　　由于参考光束的光路为常数(除干涉仪上可忽略的热效应之外)，样本移动会在检测器上产生亮/暗条纹，这是一种典型的干涉法。检测器上的一个完整的亮/暗周期条纹正好与所用激光的半个波长的位移量相对应。

　　每单位时间的光程改变表现为测量光束的多普勒频移。在计量方面,意味着多普勒频移直接与样本振动速度成正比。由于远离干涉仪的物体运动所产生的明暗条纹(和调制频率)与物体朝向干涉仪移动所产生的相同，因此仅这种设置无法明确物体移动的方向。鉴于此，将光频移典型值为40MHz的声光调制器(布拉格盒)放置在参考光束中(激光频率为4.7x10¹⁴Hz)。当样本处于静态时，将产生40MHz的典型干涉调制频率。因此，当样本朝干涉仪移动时，调制频率会增加;当样本远离干涉仪移动时，则检测器接收到的频率则小于40MHz。这意味着，如今不仅能精确检测光程长度，还能检测出运动方向。

　　控制箱工作原理

　　控制箱中可以搭配不同功能的解调卡，可以根据客户的需求添加，并可以通过控制箱中单片机选择需要测试的量程及滤波方式等。

　　来自光学头的高频多普勒信号最初进入高频阶段。无论控制器配备哪种解码器，测量信号都在这里得到最佳调节并提供给解码器级。在该阶段，分别从信号中恢复速度或位移信息。解码器级之后是低频级，包括模拟滤波器模块和数字接口以及可选的数字滤波器模块。

　　可用于控制器的解码器可分为三组:速度解码器，位移解码器和加速度解码器。

　　1)速度解调

　　对于速度解调，控制箱会准备一个标准的模拟速度解调卡，根据量程需要也可以增加解调卡的数量。用户根据从光学头传输到速度解调卡中的信号合理选择需要的速度量程、低通滤波器、高通滤波器，使得外界对测量信号的干扰、噪声影响等因素降低到最低，使测量结果更精确。

　　2)位移解调

　　位移解调使用条纹计数和一个高分辨率的数字解码器，测量出位移信号。位移模拟信号可以在控制箱的前面板位移输出接口直接输出。位移解码器有四个档位控制，测试不同的位移值用相应的档位以便得到合适的位移值。

　　3)加速度解调

　　加速度解调时通过对速度解调模块输出的模拟信号进行微分得到的。精度高、延迟小;加速度解码器分为16个档位，对不同应用环境使用不同档位。

　　在控制箱中可以根据用户不同的使用要求(测试环境、精度、量程等)选择不同的解调卡，也可将不同要求的解调卡同时集成在控制箱中，在使用的时候由控制箱前面的单片机来控制和选择不同的工作参数。

相关新闻