激光多普勒測(cè)振儀是利用激光多普勒效應(yīng)對(duì)物體振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量的一種測(cè)量?jī)x器详羡，與傳統(tǒng)的加速度計(jì)等傳感器相比具有可以遠(yuǎn)距離測(cè)量仍律，動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量廣，測(cè)量精度高实柠，空間分辨率高水泉，測(cè)量時(shí)間短，響應(yīng)頻帶寬窒盐，速度分辨率高等優(yōu)點(diǎn)草则，被廣泛應(yīng)用于模型的模態(tài)特性分析、航空航天蟹漓、聲學(xué)測(cè)試炕横、安防監(jiān)控、工業(yè)自動(dòng)化葡粒、汽車電子份殿、軌道交通、MEMS微機(jī)電結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域嗽交。本文主要介紹單點(diǎn)激光多普勒測(cè)振傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀卿嘲。
激光多普勒測(cè)振
1.多普勒測(cè)振原理
有不同種類的應(yīng)用需要考慮角度響應(yīng)。這些應(yīng)用大多使用(非常)發(fā)散的光束夫壁。在這種情況下拾枣，我們?cè)谝环鶊D像中有連續(xù)的入射角范圍。照相機(jī)的靈敏度取決于激光束的入射角掌唾，這是由過(guò)濾器和傳感器造成的放前。激光多普勒測(cè)振技術(shù)早期是從激光測(cè)速技術(shù)發(fā)展來(lái)的，其物理原理在于從運(yùn)動(dòng)物體反射回來(lái)的反射光會(huì)帶有運(yùn)動(dòng)著的物體本身的振動(dòng)特性糯彬，即多普勒頻移凭语。
式中，
表示激光經(jīng)振動(dòng)著的物體反射后所發(fā)生的多普勒頻移撩扒，V是物體的運(yùn)動(dòng)速度似扔，λ是激光波長(zhǎng)。 由此可知搓谆，激光多普勒測(cè)振原理就是基于測(cè)量從物體表面微小區(qū)域反射回的相干激光光波的多普勒頻率
炒辉，進(jìn)而確定該測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度V∪郑基于上述光學(xué)基本理論黔寇，其測(cè)振原理如圖 1 所示，由激光器發(fā)出頻率為f 的激光束經(jīng)分光鏡入射到被測(cè)表面斩萌，由于測(cè)量表面的振動(dòng)缝裤，反射光將產(chǎn)生多普勒頻移 
屏轰，頻率為f+fr的參考光束和頻率為 f+
反射光經(jīng)反光鏡反射共同投射到光電探測(cè)器上產(chǎn)生了拍頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)電子信號(hào)處理系統(tǒng)憋飞，Z后得到頻率為
-fr拍頻的電信號(hào)霎苗，由于參考光束增加的fr已知，所以榛做，對(duì)激光多普勒測(cè)振儀的輸出信號(hào)
-fr進(jìn)行分析和處理就可得到所需的物體振動(dòng)信號(hào)唁盏。 由于光電探測(cè)器的輸出信號(hào)混合了方向、頻率已知的參考光束检眯，因此能夠分辨出被測(cè)表面的運(yùn)動(dòng)方向厘擂、運(yùn)動(dòng)幅度(即位移大小)以及運(yùn)動(dòng)頻率等反映物體本身振動(dòng)特性的信息。
圖1激光多普勒測(cè)振儀測(cè)振原理圖
單點(diǎn)式多普勒激光測(cè)振儀結(jié)構(gòu)如圖2所示轰传，主要由激光源驴党、棱鏡、光電探測(cè)器三部分組成获茬。 其基本原理為：從激光源射出的激光束港庄，經(jīng)過(guò)半透半反棱鏡1分為兩束垂直的光，光束1經(jīng)過(guò)棱鏡2恕曲，照射在被測(cè)物體表面上鹏氧，然后原路返回，經(jīng)過(guò)棱鏡2時(shí)反射佩谣，反射光束3經(jīng)過(guò)棱鏡4到達(dá)光電探測(cè)器把还，而光束2經(jīng)過(guò)棱鏡3的反射，然后再經(jīng)棱鏡4的反射茸俭，與光束3同時(shí)進(jìn)入光電探測(cè)器吊履，由于光束1光經(jīng)過(guò)被測(cè)物體表面，因此光束3攜帶了振動(dòng)物體的振動(dòng)信息调鬓，兩束光在光電探測(cè)器中發(fā)生干涉艇炎，由光電探測(cè)器對(duì)其產(chǎn)生的干涉結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)。 輸出信號(hào)再經(jīng)后續(xù)處理腾窝，從中提取出被測(cè)物體的振動(dòng)信息(振動(dòng)幅值缀踪、頻率等)。目前市場(chǎng)上的單點(diǎn)式激光多普勒測(cè)振儀可以達(dá)到的頻率帶寬為 3. 2MHz虹脯，配備高精度速度解調(diào)卡的情況下速度分辨率可以達(dá)到 0. 02μm/ s驴娃，在掃描頻率是20kHz的情況下， 位移分辨率可以達(dá)到0.008nm循集。
3.1常見(jiàn)振動(dòng)測(cè)量方式對(duì)比
相對(duì)于傳統(tǒng)的基于分立器件的激光多普勒測(cè)振儀唇敞，我們將光學(xué)相干檢測(cè)光路集成在單個(gè)芯片上，并通過(guò)一體化封裝，將光學(xué)芯片厚棵、激光器蕉世、探測(cè)器以及光學(xué)鏡頭集成到一個(gè)模組里蔼紧。這一設(shè)計(jì)使產(chǎn)品重量婆硬、功耗、成本都大幅度下降奸例。為客戶提供了低成本彬犯、低功耗、高性能查吊、小型化的選擇谐区，便于集成的解決方案，也為激光振動(dòng)傳感器的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)逻卖。
相關(guān)文獻(xiàn)：
[1]劉杰坤,馬修水,馬勰.激光多普勒測(cè)振儀研究綜述[J].激光雜志,2014,35(12):1-5.DOI:10.14016/j.cnki.jgzz.2014.12.001.
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