激光干涉儀原理

　　導(dǎo)讀：激光干涉儀是用于測量位移的長度測量工具，常用在機床測量，它是如何進行測量長度的呢?它的工作原理又是什么，本文將講述激光干涉儀的原理。感興趣的童鞋快來看看吧。

激光干涉儀原理——什么是激光干涉儀

　　激光具有高強度、高度方向性、空間同調(diào)性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點。常用來測量長度的干涉儀。以激光波長為已知長度、利用邁克耳遜干涉系統(tǒng)(見激光測長技術(shù))測量位移的通用長度測量工具。

　　激光干涉儀有單頻的和雙頻的兩種。單頻的是在20世紀(jì)60年代中期出現(xiàn)的,最初用于檢定基準(zhǔn)線紋尺,后又用于在計量室中精密測長。雙頻激光干涉儀是1970年出現(xiàn)的，它適宜在車間中使用。激光干涉儀在極接近標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(溫度為20℃、大氣壓力為101325帕、相對濕度59%、C O2含量0.03%)下的測量精確度很高，可達1×10-7。

　　激光干涉儀可配合各種折射鏡、反射鏡等來作線性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等測量工作，并可作為精密工具機或測量儀器的校正工作。

激光干涉儀原理——單頻激光干涉儀

　　如下圖，單頻激光干涉儀的工作原理：從激光器發(fā)出的光束，經(jīng)擴束準(zhǔn)直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)可動反射鏡移動時，干涉條紋的光強變化由接受器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計數(shù)器計算出總脈沖數(shù)，再由電子計算機按計算式

　　式中:

　　λ為激光波長

　　N 為電脈沖總數(shù)

　　算出可動反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時，要求周圍大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，各種空氣湍流都會引起直流電平變化而影響測量結(jié)果。

激光干涉儀原理——雙頻激光干涉儀

　　如下圖，雙頻激光干涉儀的工作原理：在氦氖激光器上，加上一個約0.03特斯拉的軸向磁場。由于塞曼分裂效應(yīng)和頻率牽引效應(yīng)，激光器產(chǎn)生1和2兩個不同頻率的左旋和右旋圓偏振光。經(jīng)1/4波片后成為兩個互相垂直的線偏振光，再經(jīng)分光鏡分為兩路：

　　一路經(jīng)偏振片1后成為含有頻率為f1-f2的參考光束。

　　一路經(jīng)偏振分光鏡后又分為兩路：一路成為僅含有f1的光束，另一路成為僅含有f2的光束。

　　當(dāng)可動反射鏡移動時，含有f2的光束經(jīng)可動反射鏡反射后成為含有f2 ±Δf的光束，Δf是可動反射鏡移動時因多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的附加頻率，正負號表示移動方向(多普勒效應(yīng)是奧地利人C.J.多普勒提出的，即波的頻率在波源或接受器運動時會產(chǎn)生變化)。

　　這路光束和由固定反射鏡反射回來僅含有f1的光的光束經(jīng)偏振片2后會合成為f1-(f2±Δf)的測量光束。測量光束和上述參考光束經(jīng)各自的光電轉(zhuǎn)換元件、放大器、整形器后進入減法器相減，輸出成為僅含有±Δf的電脈沖信號。經(jīng)可逆計數(shù)器計數(shù)后，由電子計算機進行當(dāng)量換算(乘 1/2激光波長)后即可得出可動反射鏡的位移量。雙頻激光干涉儀是應(yīng)用頻率變化來測量位移的，這種位移信息載于f1和f2的頻差上，對由光強變化引起的直流電平變化不敏感，所以抗干擾能力強。

　　它常用于檢定測長機、三坐標(biāo)測量機、光刻機和加工中心等的坐標(biāo)精度，也可用作測長機、高精度三坐標(biāo)測量機等的測量系統(tǒng)。利用相應(yīng)附件，還可進行高精度直線度測量、平面度測量和小角度測量。

激光干涉儀原理——應(yīng)用何處

　?、瘢何恢镁鹊臋z測及其自動補償 可檢測數(shù)控機床定位精度、重復(fù)定位精度、微量位移精度等。

　?、颍弘p軸定位精度的檢測及其自動補償 雷尼紹雙激光干涉儀系統(tǒng)可同步測量大型龍門移動式數(shù)控機床，由雙伺服驅(qū)動某一軸向運動的定位精度，而且還能通過RS232接口，自動對兩軸線性誤差分別進行補償。

　　Ⅲ：數(shù)控機床動態(tài)性能檢測 利用RENISHAW動態(tài)特性測量與評估軟件，可用激光干涉儀進行機床振動測試與分析(FFT)，滾珠絲杠的動態(tài)特性分析，伺服驅(qū)動系統(tǒng)的響應(yīng)特性分析，導(dǎo)軌的動態(tài)特性(低速爬行)分析等。

　?、簦簬缀尉葯z測 可用于檢測直線度、垂直度、俯仰與偏擺、平面度、平行度等。

　　總結(jié)：激光干涉儀有單頻激光干涉儀和雙頻激光干涉儀兩種，其中單頻激光干涉儀是通過發(fā)射激光束，有固定的波長，折返的激光束將光信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號，計算折返的脈沖總數(shù)，通過計算得知位移距離，等長度的測量。

　　拓展閱讀：

　　無導(dǎo)軌激光干涉儀

　　干涉儀原理

　　單頻激光干涉儀的方案解析