四通道高分辨率外差干涉的性能測(cè)試

1、四通道高分辨率外差干涉的性能測(cè)試摘要：研究復(fù)雜振動(dòng)時(shí)，如果不能在較長(zhǎng)的一段時(shí)間保證一個(gè)處理對(duì)象的振動(dòng)特性穩(wěn)定，則需要同時(shí)測(cè)量幾個(gè)點(diǎn)。每個(gè)點(diǎn)的振幅和相位都需要被測(cè)量以獲得完整的振動(dòng)特性。引入雙折射分束器作為一種高效的光束相乘的方法創(chuàng)建一個(gè)單一激光源并行的四外差干涉系統(tǒng)。討論儀器的設(shè)計(jì)和性能特點(diǎn)（分辨率，串?dāng)_）。系統(tǒng)顯示了夾在電驅(qū)動(dòng)板外緣的振動(dòng)模式的運(yùn)行。背景：用一個(gè)多光束干涉儀可以同時(shí)對(duì)不同的對(duì)象點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量。這樣的儀器非常適合研究不穩(wěn)定的對(duì)象。經(jīng)論證，使用模擬FM調(diào)解的單一激光源的外差干涉儀與市售的單光束測(cè)振系統(tǒng)效果一樣好。問(wèn)題：僅對(duì)兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試通常不能充分收集足夠的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的信

2、息。因此，需同時(shí)測(cè)量多個(gè)點(diǎn)也需測(cè)量復(fù)雜的三維運(yùn)動(dòng)。解決方案：基于雙折射分束器的單一激光源產(chǎn)生四個(gè)測(cè)量光束。原則上，激光能量唄保存在這樣的分束器，分束器的旋轉(zhuǎn)允許透射光束的相對(duì)強(qiáng)度被調(diào)整到0和1之間的任何比例。透射光束是成對(duì)的正交偏振，允許具有相同偏振的光束之間的干涉。執(zhí)行思路：首先研究四光束系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能特征，然后進(jìn)行一些振動(dòng)盤上的測(cè)量。1. 四光束外差干涉儀設(shè)計(jì)我們保持雙光束系統(tǒng)的速度信號(hào)的檢測(cè)和處理，顯然需要并行處理四個(gè)信號(hào)。該對(duì)象是在一個(gè)已知的頻率下激發(fā)，其振動(dòng)響應(yīng)的測(cè)量是通過(guò)檢測(cè)每個(gè)外差載波信號(hào)的多普勒頻移實(shí)現(xiàn)的。模擬FM調(diào)解器通過(guò)復(fù)用的A/D轉(zhuǎn)換器將頻移轉(zhuǎn)換成電壓。驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為干涉

3、儀信號(hào)的幅度和相位的參考信號(hào)，同樣被送入A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2. 系統(tǒng)性能：速度分辨率和串?dāng)_速度噪聲水平?jīng)Q定系統(tǒng)的分辨率。測(cè)量驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率周圍的頻帶的每個(gè)測(cè)量光束的速度噪聲水平。在實(shí)驗(yàn)中，改變測(cè)量的帶寬，可以發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)頻率的噪聲水平是相互獨(dú)立的，各測(cè)量光束中噪聲水平幾乎是相等的。因此，我們使用在整個(gè)頻率范圍內(nèi)的所有的噪聲水平的平均值作為該系統(tǒng)的噪聲水平在一個(gè)特定帶寬的估計(jì)值。當(dāng)測(cè)試通道分離，要消除非干涉儀造成的串?dāng)_。本實(shí)驗(yàn)關(guān)注的重點(diǎn)是不同測(cè)量點(diǎn)之間的間接聲學(xué)耦合。我們使用不同的對(duì)象和不同的懸浮液，盡可能的抑制聲學(xué)耦合。3. 示例：振動(dòng)銅盤四光束測(cè)速儀被夾緊在直徑為23.8mm，厚度為0.31mm的壓

4、電電勵(lì)磁盤上測(cè)試，后面有一個(gè)高度為4.8毫米的空氣腔。我們測(cè)得頻率在100到30kHz之間的正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)響應(yīng)。四個(gè)測(cè)量點(diǎn)大致均勻間隔的沿著一條直線，一個(gè)點(diǎn)在圓盤中心的左側(cè)，剩余的三個(gè)點(diǎn)在圓盤中心的另一側(cè)。3.1在一個(gè)單一對(duì)象位置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率響應(yīng)3.2不同對(duì)象角度作為頻率的振動(dòng)響應(yīng)函數(shù)3.3被迫振動(dòng)模式激發(fā)頻率為14217Hz 駐波激發(fā)頻率為9717Hz 行波4. 結(jié)論我們已經(jīng)報(bào)了四光束外差激光測(cè)速的性能特點(diǎn)，并得到其在每個(gè)測(cè)量通道的分辨率等于 ，這幾乎和市售的單通道系統(tǒng)分辨率一樣好。通道分離的測(cè)量結(jié)果比65dB的獨(dú)立光束的偏振狀態(tài)和驅(qū)動(dòng)頻率結(jié)果要好。因此，串?dāng)_小于在其他通道中信號(hào)的1%。夾在盤的邊緣的表面位移的測(cè)量顯示大部分頻率在120和30kHz之間，振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)于一個(gè)二維駐波。在兩個(gè)窄的頻率范圍內(nèi)