振动量值的计量是计量科学中一个非常重要的方面。在现实中,描述振动特性的最常用的量值是位移、速度、加速度。常用的测振技术是接触式测量。在测量物体上安装加速度传感器,利用加速度传感器的电荷输出信号实现加速度-速度-位移的相关测量。如果测量较小物体的振动,附加的传感器质量往往影响被测物体的振动,从而产生测量误差;而且一些工作场合因被测物体表面影响或是测量条件的限制往往不允许在被测物体表面安装测振传感器。因此设计和开发新型的非接触式、高精度、实时性的测振技术一直是工程科学和技术领域中的重要任务。
由于激光的方向性、单色性和相干性好等特性,使激光测量技术广泛应用于各种军事目标的测量和精密民用测量中,尤其是在测量各种微弱振动、目标运动的速度及其微小的变化等方面。
激光干涉测振方法分析
激光干涉测振主要的方法有:时间平均全息方法、激光散斑干涉技术、激光多普勒测振技术等。
时间平均全息方法
对于在某一稳定频率下作简谐振动的物体,用连续激光照射,并在比振动周期长得多的时间内在全息干板上曝光,可将物体表面所反射的光与未作位相调制的参考光相叠加,将两束光的干涉图记录在全息干板上。其重现象由反映节线和等振幅线组成的干涉条纹来表示振幅分布。这就是时间平均全息方法的测振原理。其时间平均全息图的重现像的光强度按零阶贝塞尔函数的平方分布。
应当说明,如果物体振动的规律不同,条纹的强度分布规律也不同,但计算方法是类似的。时间平均全息方法的实验过程简单,节线清晰,可以检测形状复杂的透光物体或反射物体以及漫散射体,因此在振动分析中广泛使用。不足之处是测量范围小(仅几十微米左右),对记录信息过多,对记录介质的分辨率要求过高,故限制了应用范围。
激光散斑干涉技术
激光散斑干涉是指被测物体表面的散射光产生的散斑与另一参考光相干涉,当物体表面发生变化时,如位移或变形等,干涉条纹也发生变化。通过对这些干涉条纹的处理,可以得到物体表面的振动情况。
散斑法光路简单,不但可以非接触测量,无损检测,而且可以遥感测量。不仅用来研究物体的状态,而且可对物体作振动分析,已经提出了多种测振方案,如时间平均法、频闪法、双脉冲电子散斑干涉(ESPI)法等。散斑用于侧振时,条纹与位移之间的关系较为简单,但接收信号的强度由于物体的振动使散斑对比度变得很差,通常采用光学傅里叶变换滤波法,从混合的散斑图像中提取信息,最后将处理过的散斑图纸片放在线性衍射仪中进行滤波,产生一组清晰的条纹。