激光多普勒干涉技術(shù)在振動(dòng)測量中的應用

　　目前，激光多普勒干涉技術(shù)被廣泛地應用在國防以及基礎研究領(lǐng)域。它主要利用光學(xué)多普勒原理來(lái)測量物體的振動(dòng)大小。激光測量是一種非接觸式測量，其測量精度高、測量動(dòng)態(tài)范圍大，同時(shí)不影響被測物體的運動(dòng)，具有很高的空間分辨率。

　　激光多普勒干涉技術(shù)用于振動(dòng)測量的原理是：光源發(fā)射一束頻率為f0的光照射到物體表面，根據多普勒原理，運動(dòng)物體接收到光信號后把它反射出來(lái)，在q 2的方向光接收器接收到頻率為f光波信號，其頻率隨運動(dòng)物體速度增加而增加。即速度為v的運動(dòng)物體產(chǎn)生的多普勒頻移為df 。根據激光多普勒干涉技術(shù)的激光振動(dòng)測量儀（包括單點(diǎn)和全場(chǎng)）的工作過(guò)程為：激光器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)透鏡分成兩束光（見(jiàn)圖1），圖1中光束1是參考光束，直接被光檢測器接收；另一束光經(jīng)過(guò)一對可擺動(dòng)的透鏡照射在物體表面上，受運動(dòng)物體表面粒子散射或反射的光為光束2，它被集光鏡收集后由光檢測器接收，經(jīng)過(guò)干涉產(chǎn)生正比于運動(dòng)物體速度的多普勒信號，通過(guò)頻率和相位解調便可得到運動(dòng)物體速度和位移的時(shí)間歷程信號。

　　式中，f0為光源頻率；v為運動(dòng)物體表面速度；q 1為入射光與物體運動(dòng)方向的夾角；q 2為反（散）射光與物體運動(dòng)方向的夾角；c為真空中的光速；l 0為真空中的波長(cháng)。

　　運用PSV- 300激光掃描系統對f 300mm 600mm、壁厚8mm的圓筒進(jìn)行結構模態(tài)試驗。采用單點(diǎn)隨機激勵法，使用PSV- 300激光掃描系統內部產(chǎn)生的隨機信號作為激勵信號源。首先由激光頭內部的微型攝像頭將圓筒筒身攝像后把圖形傳至計算機并進(jìn)行掃描試驗前的布點(diǎn)，啟動(dòng)采集器后，激光將自動(dòng)按掃描順序進(jìn)行掃描試驗與數據采集，并實(shí)時(shí)在計算機內進(jìn)行頻響函數分析處理。試驗得到結構的前三階固有頻率與計算值非常接近，最大測量相對誤差為3.5%。

　　激光多普勒干涉技術(shù)應用在振動(dòng)測量中解決了因連線(xiàn)接觸式測量帶來(lái)的各種干擾噪聲，與傳統的振動(dòng)測試儀器相比，激光測量的實(shí)時(shí)采集與在線(xiàn)分析功能較強，可以在短時(shí)間內完成信號的瞬態(tài)采集、實(shí)時(shí)顯示與處理，并且可以提供多種函數處理結果。另外，在掃描測量與分析中，不引入額外的測量電噪聲以及人為干擾因素，既節省了測量時(shí)間，也提高了測試精度。