基于光栅调制的二维激光多普勒测振仪

简介：
本研究提出了一种基于光栅调制技术的二维激光多普勒测振仪，能够高效精确地测量物体表面在两个方向上的振动速度，适用于材料力学和结构健康监测等领域。 光栅调制两维激光多普勒测振装置是一种高精度的测量设备，主要用于检测平面内物体的振动状态。该装置基于激光多普勒效应和光栅调制技术，能够满足二维振动测量的需求，并可用于多方向运动的测量。 激光多普勒效应是该装置测量振动的基本原理。当激光束照射到一个移动的物体上时，由于物体运动引起散射光波频率的变化，这种现象称为多普勒效应。通过分析接收到的散射光频率变化，可以确定物体表面的速度，并得到振动的频率和振幅。 在两维激光多普勒测振装置中，旋转光栅起到分光和调制的作用。它产生多个衍射级次的光线，其中零级光和±1级衍射光用于测量。这种设计简化了光学结构，降低了成本，并提高了系统的性能。 该装置的主要组成部分包括外腔式氦-氖激光器、透镜、旋转光栅、波片、反射镜、光电接收器以及频率跟踪器。激光器产生线偏振的激光束，通过透镜会聚到旋转光栅上后形成多个衍射级次的光线。波片改变这些光线的偏振状态，而反射镜调整其方向；散射光由光电接收器捕获并转化为电信号，频率跟踪器处理信号以提取物体运动速度信息。 工作过程包括几个关键步骤：激光束通过透镜会聚于旋转光栅上产生零级和±1级衍射光线。这些光线经过波片后具有特定偏振状态，并在被测物表面散射时形成拍频效应。光电接收器捕获散射光，频率跟踪器处理信号以获得物体沿垂直方向的速度。 性能分析与实验部分详细说明了测试条件和结果：通过调整旋转光栅的角速度及总刻线数来计算相应的频率位移，并进行一系列验证试验确保装置的有效性和可靠性。实际应用中该设备便于使用且成本较低，适用于机械振动、结构健康监测以及物理现象中的振动分析等广泛领域。