激光干涉原理在振動測量中的應用

0 引 言
振動量值的計量是計量科學中一個非常重要的方面。在現(xiàn)實中，描述振動特性的最常用的量值是位移、速度、加速度。常用的測振技術(shù)是接觸式測量。在測量物體上安裝加速度傳感器，利用加速度傳感器的電荷輸出信號實現(xiàn)加速度-速度-位移的相關(guān)測量。如果測量較小物體的振動，附加的傳感器質(zhì)量往往影響被測物體的振動，從而產(chǎn)生測量誤差；而且一些工作場合因被測物體表面影響或是測量條件的限制往往不允許在被測物體表面安裝測振傳感器。因此設(shè)計和開發(fā)新型的非接觸式、高精度、實時性的測振技術(shù)一直是工程科學和技術(shù)領(lǐng)域中的重要任務(wù)。
由于激光的方向性、單色性和相干性好等特性，使激光測量技術(shù)廣泛應用于各種軍事目標的測量和精密民用測量中，尤其是在測量各種微弱振動、目標運動的速度及其微小的變化等方面。

1 激光干涉測振原理
激光干涉測振技術(shù)是以激光干涉原理為基礎(chǔ)進行測試的一門技術(shù)，測試靈敏度和準確度高，絕大部分都是非接觸式的。激光干涉原理如圖1所示。

光源S處發(fā)出的頻率為f、波長為λ的激光束一部分投射到記錄介質(zhì)H(比如全息干板)上，光波的復振幅記為E1，另一部分經(jīng)物體O表面反射后投射到記錄介質(zhì)H上，光波的復振幅記為E2。其中：

式中：A1和A2分別為光波的振幅；σ1和σ2分別是光波的位相；當E1和E2滿足相干條件時，其光波的合成復振幅E為：

光強分布I為：

式(4)的四項中前三項均為高頻分量，只有第四項為低頻分量，且與物體表面的狀態(tài)有關(guān)。第四項的含義是σ2代表的物體表面與σ1代表的參考面之間的相對變化量。因此通過處理和分析物體表面與參考在變形前后的位相變化、光強變化等，從而得到被測物體振動速度、位移等關(guān)系式。