[發(fā)明專利]一種外差式激光干涉角振動測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310253212.6
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103323094A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設計）人: 梁志國;朱振宇;李新良;張大鵬;張大治
• 申請（專利權）人: 中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術研究所
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種外差式激光干涉角振動測量裝置及方法，屬于光電測量技術領域。

背景技術

調制域測量就是讓被測量的物理量對另外一種物理量（例如聲波、光波、電磁波等）產生調制，然后，利用調制域測量技術手段將其從已調制信號波形中解調出來，它是調制域測量中的基本功能。

由于運動的多普勒效應本身產生的是一種頻率調制現象，而相應的測量可以歸結為具有間接測量特征的非接觸、調制域測量，因此，從中分析與獲取實際物理量的瞬變過程，可以稱為調制域瞬變信號的分析與處理過程。目前，在高精度角振動測量測試中應用廣泛的是以激光干涉方式，借助于激光多普勒效應的調制域測量、分析與處理方法，它是目前準確度最高的角振動、角沖擊計量校準手段。

高速角運動測量難度較大，頻率范圍和準確度一直不高，對于非平穩(wěn)角振動的測量準確度更加受影響，其計量校準更為困難。使用希爾伯特變換時頻分析測量方法處理角振動激光多普勒干涉信號，給出實時頻率值序列，具有良好的魯棒性，對非平穩(wěn)、低信噪比狀況下的振動波形解調有望給出更良好的測量結果，并且使人們有可能從每一次實驗數據中都能夠準確獲取更準確的波形及其特征量值。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了提出一種外差式激光干涉角振動測量裝置及方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發(fā)明的一種外差式激光干涉角振動測量裝置，該裝置包括偏振激光器1、分光鏡2、直角棱鏡3、聲光調制器4、反射鏡5、反射鏡6、直角棱鏡7、反射鏡8、反射鏡9，光柵10、物鏡12、反射鏡13、反射鏡14，光電轉換器15、數據采集系統16、電子計算機17；

偏振激光器1發(fā)出激光束，經分光鏡2分光后形成兩路，一路經直角棱鏡3反射后，進入聲光調制器4頻率被平移f_c，然后經反射鏡5、反射鏡6反射后入射到光柵10，經光柵10產生的±1級反射光束會聚到物鏡12與另一路光合束干涉；另一路經直角棱鏡7、反射鏡8、反射鏡9反射后入射到光柵10，經光柵10產生的±1級反射光束會聚到物鏡12與前一路光合束干涉，產生需要的激光干涉信號；干涉信號最后經反射鏡13、反射鏡14反射后注入光電轉換器15，被數據采集系統16采集，用計算機17計算獲得角速度波形序列和角速度波形序列。

本發(fā)明的一種外差式激光干涉角振動測量方法，具體方法為：

使用本發(fā)明的裝置獲得頻率已經平移到無線電頻率范圍的角振動激光多普勒信號波形；使用波形數據采集系統采集角振動激光多普勒信號波形數據序列；

使用希爾伯特變換時頻分析測量方法獲得頻率解調波形序列：做為角振動激光多普勒信號波形的解調波形輸出，即是實際的角振動波形輸出。按照式(2)計算獲得角速度序列值

按照式(3)計算獲得角加速度序列值

偏振激光器1發(fā)出的光束被分光鏡2分為兩束，以不同的方向聚焦于測量目標表面（即光柵10表面）上，兩光束的夾角由所采用的衍射光柵的級數確定。根據光柵運動方程可知，當光柵10運動時，每一級衍射光均產生的一定的多普勒頻移，頻移量的大小跟光柵常數、衍射級數等有關。應用激光干涉理論和光柵方程，運動線速度v(t)與多普勒頻移△f(t)有如下關系：

v(t)=d|m1-m2|Δf(t)---(1)]]>

式中，d為光柵常數，單位m；

m₁、m₂為兩路干涉光束所對應的光柵衍射級；

△f(t)為對應于上述解調波形序列頻率值單位Hz。角運動的角速度ω(t)與多普勒頻移△f(t)有如下關系：