激光干涉原理在振動(dòng)測(cè)量中的應(yīng)用

0 引 言
振動(dòng)量值的計(jì)量是計(jì)量科學(xué)中一個(gè)非常重要的方面。在現(xiàn)實(shí)中，描述振動(dòng)特性的最常用的量值是位移、速度、加速度。常用的測(cè)振技術(shù)是接觸式測(cè)量。在測(cè)量物體上安裝加速度傳感器，利用加速度傳感器的電荷輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)加速度-速度-位移的相關(guān)測(cè)量。如果測(cè)量較小物體的振動(dòng)，附加的傳感器質(zhì)量往往影響被測(cè)物體的振動(dòng)，從而產(chǎn)生測(cè)量誤差；而且一些工作場(chǎng)合因被測(cè)物體表面影響或是測(cè)量條件的限制往往不允許在被測(cè)物體表面安裝測(cè)振傳感器。因此設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新型的非接觸式、高精度、實(shí)時(shí)性的測(cè)振技術(shù)一直是工程科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域中的重要任務(wù)。
由于激光的方向性、單色性和相干性好等特性，使激光測(cè)量技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種軍事目標(biāo)的測(cè)量和精密民用測(cè)量中，尤其是在測(cè)量各種微弱振動(dòng)、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的速度及其微小的變化等方面。

1 激光干涉測(cè)振原理
激光干涉測(cè)振技術(shù)是以激光干涉原理為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)試的一門(mén)技術(shù)，測(cè)試靈敏度和準(zhǔn)確度高，絕大部分都是非接觸式的。激光干涉原理如圖1所示。

光源S處發(fā)出的頻率為f、波長(zhǎng)為λ的激光束一部分投射到記錄介質(zhì)H(比如全息干板)上，光波的復(fù)振幅記為E1，另一部分經(jīng)物體O表面反射后投射到記錄介質(zhì)H上，光波的復(fù)振幅記為E2。其中：

式中：A1和A2分別為光波的振幅；σ1和σ2分別是光波的位相；當(dāng)E1和E2滿(mǎn)足相干條件時(shí)，其光波的合成復(fù)振幅E為：

光強(qiáng)分布I為：

式(4)的四項(xiàng)中前三項(xiàng)均為高頻分量，只有第四項(xiàng)為低頻分量，且與物體表面的狀態(tài)有關(guān)。第四項(xiàng)的含義是σ2代表的物體表面與σ1代表的參考面之間的相對(duì)變化量。因此通過(guò)處理和分析物體表面與參考在變形前后的位相變化、光強(qiáng)變化等，從而得到被測(cè)物體振動(dòng)速度、位移等關(guān)系式。