激光干涉儀原理

　　導讀：激光干涉儀是用于測量位移的長(cháng)度測量工具，常用在機床測量，它是如何進(jìn)行測量長(cháng)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(lái)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、空間同調性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點(diǎn)。常用來(lái)測量長(cháng)度的干涉儀。以激光波長(cháng)為已知長(cháng)度、利用邁克耳遜干涉系統(見(jiàn)激光測長(cháng)技術(shù))測量位移的通用長(cháng)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60年代中期出現的,最初用于檢定基準線(xiàn)紋尺,后又用于在計量室中精密測長(cháng)。雙頻激光干涉儀是1970年出現的，它適宜在車(chē)間中使用。激光干涉儀在極接近標準狀態(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(lái)作線(xiàn)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?jì)x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)擴束準直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡反射回來(lái)會(huì )合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí)，干涉條紋的光強變化由接受器中的光電轉換元件和電子線(xiàn)路等轉換為電脈沖信號，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計數器計算出總脈沖數，再由電子計算機按計算式

　　式中:

　　λ為激光波長(cháng)

　　N 為電脈沖總數

　　算出可動(dòng)反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時(shí)，要求周?chē)髿馓幱诜€定狀態(tài)，各種空氣湍流都會(huì )引起直流電平變化而影響測量結果。

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(gè)約0.03特斯拉的軸向磁場(chǎng)。由于塞曼分裂效應和頻率牽引效應，激光器產(chǎn)生1和2兩個(gè)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(gè)互相垂直的線(xiàn)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。

　　當可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí)，含有f2的光束經(jīng)可動(dòng)反射鏡反射后成為含有f2 ±Δf的光束，Δf是可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí)因多普勒效應產(chǎn)生的附加頻率，正負號表示移動(dòng)方向(多普勒效應是奧地利人C.J.多普勒提出的，即波的頻率在波源或接受器運動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生變化)。

　　這路光束和由固定反射鏡反射回來(lái)僅含有f1的光的光束經(jīng)偏振片2后會(huì )合成為f1-(f2±Δf)的測量光束。測量光束和上述參考光束經(jīng)各自的光電轉換元件、放大器、整形器后進(jìn)入減法器相減，輸出成為僅含有±Δf的電脈沖信號。經(jīng)可逆計數器計數后，由電子計算機進(jìn)行當量換算(乘 1/2激光波長(cháng))后即可得出可動(dòng)反射鏡的位移量。雙頻激光干涉儀是應用頻率變化來(lái)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(cháng)機、三坐標測量機、光刻機和加工中心等的坐標精度，也可用作測長(cháng)機、高精度三坐標測量機等的測量系統。利用相應附件，還可進(jìn)行高精度直線(xiàn)度測量、平面度測量和小角度測量。

激光干涉儀原理——應用何處

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

　?、颍弘p軸定位精度的檢測及其自動(dòng)補償 雷尼紹雙激光干涉儀系統可同步測量大型龍門(mén)移動(dòng)式數控機床，由雙伺服驅動(dòng)某一軸向運動(dòng)的定位精度，而且還能通過(guò)RS232接口，自動(dòng)對兩軸線(xiàn)性誤差分別進(jìn)行補償。

　?、螅簲悼貦C床動(dòng)態(tài)性能檢測 利用RENISHAW動(dòng)態(tài)特性測量與評估軟件，可用激光干涉儀進(jìn)行機床振動(dòng)測試與分析(FFT)，滾珠絲杠的動(dòng)態(tài)特性分析，伺服驅動(dòng)系統的響應特性分析，導軌的動(dòng)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(xiàn)度、垂直度、俯仰與偏擺、平面度、平行度等。

　　總結：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(guò)發(fā)射激光束，有固定的波長(cháng)，折返的激光束將光信號轉化為脈沖信號，計算折返的脈沖總數，通過(guò)計算得知位移距離，等長(cháng)度的測量。

　　拓展閱讀：

　　無(wú)導軌激光干涉儀

　　干涉儀原理

　　單頻激光干涉儀的方案解析