激光多普勒干涉技術(shù)在振動(dòng)測量中的應(yīng)用

　　目前，激光多普勒干涉技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在國防以及基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。它主要利用光學(xué)多普勒原理來測量物體的振動(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(yùn)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(jù)多普勒原理，運(yùn)動(dòng)物體接收到光信號(hào)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(hào)，其頻率隨運(yùn)動(dòng)物體速度增加而增加。即速度為v的運(yùn)動(dòng)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(shù)的激光振動(dòng)測量儀（包括單點(diǎn)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(duì)可擺動(dòng)的透鏡照射在物體表面上，受運(yùn)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)過干涉產(chǎn)生正比于運(yùn)動(dòng)物體速度的多普勒信號(hào)，通過頻率和相位解調(diào)便可得到運(yùn)動(dòng)物體速度和位移的時(shí)間歷程信號(hào)。

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

　　運(yùn)用PSV- 300激光掃描系統(tǒng)對(duì)f 300mm 600mm、壁厚8mm的圓筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)。采用單點(diǎn)隨機(jī)激勵(lì)法，使用PSV- 300激光掃描系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)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(jì)算機(jī)并進(jìn)行掃描試驗(yàn)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(yàn)與數(shù)據(jù)采集，并實(shí)時(shí)在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行頻響函數(shù)分析處理。試驗(yàn)得到結(jié)構(gòu)的前三階固有頻率與計(jì)算值非常接近，最大測量相對(duì)誤差為3.5%。

　　激光多普勒干涉技術(shù)應(yīng)用在振動(dòng)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(dòng)測試儀器相比，激光測量的實(shí)時(shí)采集與在線分析功能較強(qiáng)，可以在短時(shí)間內(nèi)完成信號(hào)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(shù)處理結(jié)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(shí)間，也提高了測試精度。