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激光干涉測量系統(tǒng)工作原理

發(fā)布時間：

2022-08-10

光束分離器(BS1)將激光束分成參考光束和測量光束。在通過第二個光束分離器(BS2)后，測量光束聚焦到樣本上，并進(jìn)行反射。該反射光束由BS2向下偏轉(zhuǎn)(見圖)，然后與參考光束合并到檢測器上。

　　激光頭工作原理

　　上圖顯示了這種物理定律在激光測振儀中如何實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的使用。

　　由于參考光束的光路為常數(shù)(除干涉儀上可忽略的熱效應(yīng)之外)，樣本移動會在檢測器上產(chǎn)生亮/暗條紋，這是一種典型的干涉法。檢測器上的一個完整的亮/暗周期條紋正好與所用激光的半個波長的位移量相對應(yīng)。

　　每單位時間的光程改變表現(xiàn)為測量光束的多普勒頻移。在計量方面,意味著多普勒頻移直接與樣本振動速度成正比。由于遠(yuǎn)離干涉儀的物體運(yùn)動所產(chǎn)生的明暗條紋(和調(diào)制頻率)與物體朝向干涉儀移動所產(chǎn)生的相同，因此僅這種設(shè)置無法明確物體移動的方向。鑒于此，將光頻移典型值為40MHz的聲光調(diào)制器(布拉格盒)放置在參考光束中(激光頻率為4.7x10¹⁴Hz)。當(dāng)樣本處于靜態(tài)時，將產(chǎn)生40MHz的典型干涉調(diào)制頻率。因此，當(dāng)樣本朝干涉儀移動時，調(diào)制頻率會增加;當(dāng)樣本遠(yuǎn)離干涉儀移動時，則檢測器接收到的頻率則小于40MHz。這意味著，如今不僅能精確檢測光程長度，還能檢測出運(yùn)動方向。

　　控制箱工作原理

　　控制箱中可以搭配不同功能的解調(diào)卡，可以根據(jù)客戶的需求添加，并可以通過控制箱中單片機(jī)選擇需要測試的量程及濾波方式等。

　　來自光學(xué)頭的高頻多普勒信號最初進(jìn)入高頻階段。無論控制器配備哪種解碼器，測量信號都在這里得到最佳調(diào)節(jié)并提供給解碼器級。在該階段，分別從信號中恢復(fù)速度或位移信息。解碼器級之后是低頻級，包括模擬濾波器模塊和數(shù)字接口以及可選的數(shù)字濾波器模塊。

　　可用于控制器的解碼器可分為三組:速度解碼器，位移解碼器和加速度解碼器。

　　1)速度解調(diào)

　　對于速度解調(diào)，控制箱會準(zhǔn)備一個標(biāo)準(zhǔn)的模擬速度解調(diào)卡，根據(jù)量程需要也可以增加解調(diào)卡的數(shù)量。用戶根據(jù)從光學(xué)頭傳輸?shù)剿俣冉庹{(diào)卡中的信號合理選擇需要的速度量程、低通濾波器、高通濾波器，使得外界對測量信號的干擾、噪聲影響等因素降低到最低，使測量結(jié)果更精確。

　　2)位移解調(diào)

　　位移解調(diào)使用條紋計數(shù)和一個高分辨率的數(shù)字解碼器，測量出位移信號。位移模擬信號可以在控制箱的前面板位移輸出接口直接輸出。位移解碼器有四個檔位控制，測試不同的位移值用相應(yīng)的檔位以便得到合適的位移值。

　　3)加速度解調(diào)

　　加速度解調(diào)時通過對速度解調(diào)模塊輸出的模擬信號進(jìn)行微分得到的。精度高、延遲小;加速度解碼器分為16個檔位，對不同應(yīng)用環(huán)境使用不同檔位。

　　在控制箱中可以根據(jù)用戶不同的使用要求(測試環(huán)境、精度、量程等)選擇不同的解調(diào)卡，也可將不同要求的解調(diào)卡同時集成在控制箱中，在使用的時候由控制箱前面的單片機(jī)來控制和選擇不同的工作參數(shù)。

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