激光多普勒干涉技術在振動測量中的應用

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

　　激光多普勒干涉技術用于振動測量的原理是：光源發(fā)射一束頻率為f0的光照射到物體表面，根據(jù)多普勒原理，運動物體接收到光信號后把它反射出來，在q 2的方向光接收器接收到頻率為f光波信號，其頻率隨運動物體速度增加而增加。即速度為v的運動物體產(chǎn)生的多普勒頻移為df 。根據(jù)激光多普勒干涉技術的激光振動測量儀（包括單點和全場）的工作過程為：激光器發(fā)出的激光經(jīng)過透鏡分成兩束光（見圖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)過一對可擺動的透鏡照射在物體表面上，受運動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)過干涉產(chǎn)生正比于運動物體速度的多普勒信號，通過頻率和相位解調(diào)便可得到運動物體速度和位移的時間歷程信號。

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

　　運用PSV- 300激光掃描系統(tǒng)對f 300mm 600mm、壁厚8mm的圓筒進行結構模態(tài)試驗。采用單點隨機激勵法，使用PSV- 300激光掃描系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的隨機信號作為激勵信號源。首先由激光頭內(nèi)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行掃描試驗前的布點，啟動采集器后，激光將自動按掃描順序進行掃描試驗與數(shù)據(jù)采集，并實時在計算機內(nèi)進行頻響函數(shù)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應用在振動測量中解決了因連線接觸式測量帶來的各種干擾噪聲，與傳統(tǒng)的振動測試儀器相比，激光測量的實時采集與在線分析功能較強，可以在短時間內(nèi)完成信號的瞬態(tài)采集、實時顯示與處理，并且可以提供多種函數(shù)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(jié)省了測量時間，也提高了測試精度。