[實用新型]一種基于激光多普勒效應的外差干涉式測振儀

有效

• 申請號: 201420615465.3
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN204115856U
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 馮國英;周晟陽;周壽桓
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 黃幼陵

技術領域

本實用新型屬于激光干涉測振技術領域，特別涉及一種基于激光多普勒效應的外差干涉式測振儀。

背景技術

隨著現代工程技術的飛躍發展，特別是航空、航天、海洋工程、機械制造等技術的發展，需要對振動進行高精度測量以采集振動信號，并實時處理在運行過程中的響應數據，從而對機械結構系統進行振動和噪聲分析。振動測量常用的有靜電電容式、渦流式、激光三角法、壓電式和激光多普勒方式。激光多普勒振動測量技術是一種通過激光的干涉而進行高精度振動檢測的技術，相比其它方法具有精度高、動態響應快、測量距離遠、測量范圍大、非接觸測量(可對于表面旋轉的物體振動，高溫物體振動及微型物體結構的振動進行檢測)、沒有機械諧振(因而適合高頻、小振幅的振動)、通過振動特性的反演可以反映出物體特性等優點，是當今振動測試技術中的一個重要的發展方向。

現有基于激光多普勒效應的外差干涉式光路利用光學元件將激光器發出的偏振方向相互正交、頻率分量不同的線偏振光分成兩束，而這兩束光仍然均為含有偏振方向相互正交、頻率分量不同的線偏振光。其中一束光經由固定在振動物體上的反射鏡反射后或直接由待測振動物體反射后發生多普勒效應，再重新與另一束光匯合并發生干涉，獲得干涉信息，然后通過信號轉換及處理組件測得振動信息。如公開號為CN103499385A的專利申請公開了一種高精度雙頻同時測量激光外差干涉相位測振光路，通過第一半透半反鏡將雙頻激光源發出的激光束分為反射光和透射光，其中反射光照射進入第三半透半反鏡，透射光經過第二半透半反鏡部分透射后，照射到物體表面并反射，物體表面的反射光發生多普勒頻移并且通過第二半透半反鏡部分反射，由第二半透半反鏡發射出的光通過半波片與全反射鏡后進入第三半透半反鏡，和第一半透半反鏡的反射光合并為一束光。由于這種外差干涉相位測振光路中的光束在光路中發生了頻率和偏振態的混合現象，且光學器件的擺放無法做到理想的對齊狀態，因此仍然會出現較大誤差。

實用新型內容

本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于激光多普勒效應的外差干涉式測振儀，以提高振動測量精度。

本實用新型所述基于激光多普勒效應的外差干涉式測振儀，包括光源組件、干涉光路組件和信號處理組件。

光源組件由雙頻激光光源、偏振分光棱鏡、反射鏡和起偏器組成；所述偏振分光棱鏡位于雙頻激光光源的光路上，將雙頻激光光源發出的光束分為兩束頻率不同、振動方向垂直的線偏振光；所述反射鏡位于其中一束線偏振光的光路上，用于將該束線偏振光的傳播方向調整為與另一束線偏振光的傳播方向平行；所述起偏器位于傳播方向平行的兩束線偏振光的光路上，用于將兩束線偏振光的振動方向調整成相同；

干涉光路組件由非偏振分光棱鏡、直角棱鏡和曲面棱鏡(使用時，曲面棱鏡安裝在被測振動物體上或靠近振源安裝)組成；所述非偏振分光棱鏡位于光源組件中的起偏器的光路上，用于將來自起偏器且垂直入射到其表面非中心位置的兩束平行線偏振光分成兩束反射光和兩束透射光，所述反射光為參考光，所述透射光為信號光；所述直角棱鏡位于兩束參考光的光路上，用于將進入直角棱鏡的兩束參考光反射回非偏振分光棱鏡，并且使非偏振分光棱鏡發射出的參考光與直角棱鏡反射回非偏振分光棱鏡的參考光不共光路；所述曲面棱鏡位于兩束信號光的光路上，用于將進入曲面棱鏡的兩束信號光的相對位置對換后反射回非偏振分光棱鏡，并且使非偏振分光棱鏡發射出的信號光與從曲面棱鏡反射回非偏振分光棱鏡的信號光不共光路；在非偏振分光棱鏡中，從直角棱鏡反射回非偏振分光棱鏡的參考光與從曲面棱鏡反射回非偏振分光棱鏡的信號光發生干涉，形成兩束干涉光；

信號處理組件用于接收來自干涉光路組件中非偏振分光棱鏡發射出的兩束干涉光，并將干涉光信號轉換成電壓信號進行處理，得到被測振動物體的振動信息。

上述基于激光多普勒效應的外差干涉式測振儀，所述偏振分光棱鏡、非偏振分光棱鏡均為單波長分光棱鏡。

上述基于激光多普勒效應的外差干涉式測振儀，所述起偏器為線偏振片。

上述基于激光多普勒效應的外差干涉式測振儀，所述的反射鏡為單波長介質膜高反射鏡。所述高反射鏡是指反射率在90％以上的反射鏡。

上述基于激光多普勒效應的外差干涉式測振儀，所述信號處理組件包括：

第一光電探測器和第二光電探測器，用于分別接收兩束干涉光并將兩束干涉光信號分別轉換成電壓信號；

鑒頻器，用于檢測來自第一光電探測器和第二光電探測器的兩組電壓信號的相位差并將所述相位差的變化轉化為合成電壓幅值的變化及輸出合成電壓信號；