[实用新型]一种基于激光多普勒效应的外差干涉式测振仪

说明书

技术领域

本实用新型属于激光干涉测振技术领域，特别涉及一种基于激光多普勒效应的外差干涉式测振仪。

背景技术

随着现代工程技术的飞跃发展，特别是航空、航天、海洋工程、机械制造等技术的发展，需要对振动进行高精度测量以采集振动信号，并实时处理在运行过程中的响应数据，从而对机械结构系统进行振动和噪声分析。振动测量常用的有静电电容式、涡流式、激光三角法、压电式和激光多普勒方式。激光多普勒振动测量技术是一种通过激光的干涉而进行高精度振动检测的技术，相比其它方法具有精度高、动态响应快、测量距离远、测量范围大、非接触测量(可对于表面旋转的物体振动，高温物体振动及微型物体结构的振动进行检测)、没有机械谐振(因而适合高频、小振幅的振动)、通过振动特性的反演可以反映出物体特性等优点，是当今振动测试技术中的一个重要的发展方向。

现有基于激光多普勒效应的外差干涉式光路利用光学元件将激光器发出的偏振方向相互正交、频率分量不同的线偏振光分成两束，而这两束光仍然均为含有偏振方向相互正交、频率分量不同的线偏振光。其中一束光经由固定在振动物体上的反射镜反射后或直接由待测振动物体反射后发生多普勒效应，再重新与另一束光汇合并发生干涉，获得干涉信息，然后通过信号转换及处理组件测得振动信息。如公开号为CN103499385A的专利申请公开了一种高精度双频同时测量激光外差干涉相位测振光路，通过第一半透半反镜将双频激光源发出的激光束分为反射光和透射光，其中反射光照射进入第三半透半反镜，透射光经过第二半透半反镜部分透射后，照射到物体表面并反射，物体表面的反射光发生多普勒频移并且通过第二半透半反镜部分反射，由第二半透半反镜发射出的光通过半波片与全反射镜后进入第三半透半反镜，和第一半透半反镜的反射光合并为一束光。由于这种外差干涉相位测振光路中的光束在光路中发生了频率和偏振态的混合现象，且光学器件的摆放无法做到理想的对齐状态，因此仍然会出现较大误差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于激光多普勒效应的外差干涉式测振仪，以提高振动测量精度。

本实用新型所述基于激光多普勒效应的外差干涉式测振仪，包括光源组件、干涉光路组件和信号处理组件。

光源组件由双频激光光源、偏振分光棱镜、反射镜和起偏器组成；所述偏振分光棱镜位于双频激光光源的光路上，将双频激光光源发出的光束分为两束频率不同、振动方向垂直的线偏振光；所述反射镜位于其中一束线偏振光的光路上，用于将该束线偏振光的传播方向调整为与另一束线偏振光的传播方向平行；所述起偏器位于传播方向平行的两束线偏振光的光路上，用于将两束线偏振光的振动方向调整成相同；

干涉光路组件由非偏振分光棱镜、直角棱镜和曲面棱镜(使用时，曲面棱镜安装在被测振动物体上或靠近振源安装)组成；所述非偏振分光棱镜位于光源组件中的起偏器的光路上，用于将来自起偏器且垂直入射到其表面非中心位置的两束平行线偏振光分成两束反射光和两束透射光，所述反射光为参考光，所述透射光为信号光；所述直角棱镜位于两束参考光的光路上，用于将进入直角棱镜的两束参考光反射回非偏振分光棱镜，并且使非偏振分光棱镜发射出的参考光与直角棱镜反射回非偏振分光棱镜的参考光不共光路；所述曲面棱镜位于两束信号光的光路上，用于将进入曲面棱镜的两束信号光的相对位置对换后反射回非偏振分光棱镜，并且使非偏振分光棱镜发射出的信号光与从曲面棱镜反射回非偏振分光棱镜的信号光不共光路；在非偏振分光棱镜中，从直角棱镜反射回非偏振分光棱镜的参考光与从曲面棱镜反射回非偏振分光棱镜的信号光发生干涉，形成两束干涉光；

信号处理组件用于接收来自干涉光路组件中非偏振分光棱镜发射出的两束干涉光，并将干涉光信号转换成电压信号进行处理，得到被测振动物体的振动信息。

上述基于激光多普勒效应的外差干涉式测振仪，所述偏振分光棱镜、非偏振分光棱镜均为单波长分光棱镜。

上述基于激光多普勒效应的外差干涉式测振仪，所述起偏器为线偏振片。

上述基于激光多普勒效应的外差干涉式测振仪，所述的反射镜为单波长介质膜高反射镜。所述高反射镜是指反射率在90％以上的反射镜。

上述基于激光多普勒效应的外差干涉式测振仪，所述信号处理组件包括：

第一光电探测器和第二光电探测器，用于分别接收两束干涉光并将两束干涉光信号分别转换成电压信号；

鉴频器，用于检测来自第一光电探测器和第二光电探测器的两组电压信号的相位差并将所述相位差的变化转化为合成电压幅值的变化及输出合成电压信号；