激光測量技術(shù)-第二章 激光干涉測量技術(shù)

第二章激光干涉測量技術(shù)本章主要內(nèi)容:背景知識概述（重點）第一節(jié)干涉測量長度和位移（重點）第二節(jié)小角度測量儀(合并第一節(jié))第三節(jié)外差干涉測量技術(shù)（重點）第四節(jié)激光全息干涉測量技術(shù)第五節(jié)激光散斑干涉測量技術(shù)第六節(jié)激光光纖干涉測量技術(shù)第七節(jié)激光多波長干涉測長技木2006年3月6日星期一一、背景知識概述1、激光干涉的條件頻率相同相位差初始恒定振動方向相同（非正交）小于波列長度（Δτ≤1/Δυ）

2、干涉數(shù)學(xué)表達(dá)式：三角表示法設(shè)：兩路激光分別為2006年3月6日星期一一、背景知識概述則合成有：因為光強(qiáng)與振幅有關(guān)：I≈A22006年3月6日星期一一、背景知識概述光的相位與走過的光程nl有關(guān)：已知發(fā)生相干條件，帶入2-1-2式：復(fù)指數(shù)表示法2006年3月6日星期一一、背景知識概述上兩種推導(dǎo)過程的結(jié)論：

合成干涉光的光程是兩路光的光程差的余弦函數(shù)當(dāng)合成干涉光光強(qiáng)最大,光越亮當(dāng)合成干涉光光強(qiáng)最小,光越暗

2006年3月6日星期一一、背景知識概述應(yīng)用光強(qiáng)調(diào)制

I∝cosΔ

測量臂差

測量明暗變化次數(shù),可測量臂差測量折射率

L均固定,只有一處折射率變化傳感器

通過物理量引起n或者L的變化,測出其變化,再經(jīng)過處理,反演出物理量的變化2006年3月6日星期一第一節(jié)干涉測量長度和位移一、基本原理n均固定/已知,一路光的光程固定,由下公式可知,即測量位移和長度通過測量光強(qiáng)的變化的次數(shù),測量某臂的光程變化:所以激光干涉測量一般是:1.相對測量2.增量式測量3.中間過程不可忽略,要監(jiān)視整個測量測量的過程2006年3月6日星期一§2.1一、基本原理以Michelson干涉儀為例:當(dāng)M2->M1’時當(dāng)干涉儀在真空時,n=1,所以有:2006年3月6日星期一§2.1一、基本原理討論:溫場不均勻會有什么影響?G2的作用是什么?L0,Lr不等長會有什么影響?干涉儀的測量精度能否大于半波長?明暗變化的實質(zhì)是什么?一干涉測量系統(tǒng)的基本組成由哪些？

2006年3月6日星期一§2.1一、基本原理干涉儀的測量精度的保證是什么？震動會帶來什么影響？E輸出光強(qiáng)分布，何為理想？2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成干涉測量系統(tǒng)的一般組成：激光干涉系統(tǒng)條紋計數(shù)計數(shù)和處理結(jié)果的電子機(jī)械系統(tǒng)2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成（一）干涉儀系統(tǒng)主要包括：光源分束器反射器補(bǔ)償元器件2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成激光器的選型和要求

a、頻率穩(wěn)定測量精度

b、功率穩(wěn)定對比度，信號處理問題

c、連續(xù)運行不能間斷

d、TEM00

條紋復(fù)雜，空間干涉嚴(yán)重2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成2.分束方法分波陣面法-------勞埃德鏡振幅不變、相位分布不均勻，易受大氣影響2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成分振幅法------半透半反鏡，立體分光鏡振幅減小，相位均勻，易于固定2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成分偏振法（PBS）-------多次反射、沃拉斯頓棱鏡偏振光干涉2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成3.常用反射器a平面反射器易收偏轉(zhuǎn)影響，引入額外相位差b角錐棱鏡抗偏擺、俯仰，常用元件c直角棱鏡抗單一方向的偏轉(zhuǎn)，加工容易d貓眼反射器加工容易，不引入額外的光程2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成4其他元件1）起偏器a多次折返布諾斯特角b晶體二色性c晶體偏振器如：格蘭湯姆遜棱鏡沃拉斯特棱鏡2)波片---偏振及相位補(bǔ)償a?波片b?波片c全波片d平行平板2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成典型光路布置

布置原則:1)共路原則消除振動、溫度、氣流等影響

2）考慮測量精度、條紋對比度、穩(wěn)定性及實用性等因素

3）避免光返回激光器2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成1）使用角錐棱鏡平面反射式的缺點：光返回激光器，引起激光不穩(wěn)定。M1M2對偏轉(zhuǎn)、振動影響無消除能力a雙角錐特點:消除光返回激光器,抗偏轉(zhuǎn)及振動,加工,安裝精度要求高

平面反射式2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成b單角錐特點:加工精度要求降低,但安裝精度沒有變化2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成C一體化結(jié)構(gòu)緊湊,加工精度有所提高,安裝精度下降2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成d雙光程特點:激光還是返回激光器,靈敏度提高一倍,l=kλ/42006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成整體布局

優(yōu)點:抗干擾好,抗動鏡多自由度變化能力，靈敏度高一倍缺點：不方便，吸收嚴(yán)重2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成光學(xué)倍頻

L=Kλ/2k2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成零光程差

Lr

與Lm相等且同向安置,消除環(huán)境的影響,提高精度2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成(二)、干涉條紋計數(shù)與測量結(jié)果干涉條紋計數(shù)的要求：能夠判斷方向，避免反向、大氣、環(huán)境振動以及導(dǎo)軌的誤差影響能夠細(xì)分，提高分辨率這樣需要相位相差90度的兩個電信號輸出，即一個按光程正弦變化，一個余弦變化

2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成移相器常用移相器種類機(jī)械法移相階梯板和翼形板移相金屬膜移相分偏振法移相

2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成機(jī)械法移相

形成等厚干涉特點:簡單條紋間距易變,使信號不完全正交屬于分波陣面移相，容易受大氣擾動引起波陣面畸變的影響。2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成階梯板和翼形板移相階梯板d=λ/8翼形板:采用階梯板或翼形板移相同樣容易受大氣擾動引起波陣面畸變的影響。2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成金屬膜移相原理：利用金屬膜表面反射和透射時都產(chǎn)生附加位相差的原理，在分光器的分光面上鍍上金屬膜做成金屬膜分幅移相器優(yōu)點是兩光束受振動和大氣擾動的影響相同，元件少，結(jié)構(gòu)緊湊。缺點是兩相干光束的光強(qiáng)不同，影響條紋對比度兩反兩透均一透一反2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成分偏振法移相特點:

結(jié)構(gòu)較復(fù)雜不受大氣影響,可靠2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成干涉條紋的計數(shù)及判向原理得到4個相位相差90度的信號:sin→cos→-sin→-cos2006年3月6日星期一§2.1二、系統(tǒng)的組成當(dāng)1324定義為正向當(dāng)存在反向時1后邊出現(xiàn)的應(yīng)該是?所以只須判斷第二和第四信號的脈沖次序即可由于相差為90度,一個計數(shù)對應(yīng)的是0.25個波長所以L=Kλ/8,分辨率提高4倍,稱為四倍頻計數(shù)?如何提高分辨率(細(xì)分)?2006年3月6日星期一§2.1三、條紋的對比度定義:明暗變化的比值明暗變化的強(qiáng)度越大,PD感測出的信號信噪比越好

當(dāng)兩干涉光的光強(qiáng)相等時,對比度越好影響干涉條紋對比度的因素:

相干性、偏振態(tài)、光強(qiáng)、背景光、各種環(huán)境因素如振動、熱變性等

2006年3月6日星期一§2.1四、應(yīng)用舉例1、比長儀2、激光跟蹤儀3、Renishaw干涉儀4、小角度測量儀2006年3月6日星期一§2.1應(yīng)用舉例--比長儀應(yīng)用:對刻尺進(jìn)行標(biāo)定或檢測2006年3月6日星期一§2.1應(yīng)用舉例--激光跟蹤儀應(yīng)用:測量已知目標(biāo)的運動軌跡或者位置API公司:2006年3月6日星期一§2.1應(yīng)用舉例--Renishaw干涉儀優(yōu)點:去掉直流分量和實現(xiàn)共膜抑制三個信號完全共路,去掉外界噪聲,保證低頻的穩(wěn)定性2006年3月6日星期一§2.1應(yīng)用舉例--小角度測量儀2006年3月6日星期一作業(yè)1、試設(shè)計一測量空氣折射率的干涉測量系統(tǒng)2、設(shè)計一干涉測量系統(tǒng)，測量機(jī)床導(dǎo)軌的某一方向的偏擺角度2006年3月6日星期一§2.1應(yīng)用舉例--小角度測量儀小角度測量儀:測量范圍一般在±1°以內(nèi)，最大測量誤差±0.05″,采用下圖,可達(dá)95°,測量精度±0.3″2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)傳統(tǒng)干涉測量系統(tǒng)的特點測量精度高前置放大器為直流放大器對環(huán)境要求高，不允許光強(qiáng)有較大的變化抗干擾能力差，一般工作在恒溫、防震條件下2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)在某一光臂中引入一定頻率的載波，被測信息通過載波傳遞，使前置放大器可采用交流放大器，可以隔絕由于外界條件引起的直流電平漂移，可在現(xiàn)場穩(wěn)定工作這種利用外差技術(shù)的干涉儀，稱為外差干涉儀或者交流（AC）干涉儀解決：1、濾掉了背景噪聲2、濾掉了直流放大器的噪聲2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)一、Zeeman雙頻激光干涉儀2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)1、PD上的信號2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)2、測量臂

由于M2的運動由Doppler效應(yīng)知：對入射光：對反射光：總的變化：2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)N為脈沖的數(shù)量所以:PD1的輸出信號頻率:v1-v2PD2的輸出信號頻率:v1-(v2±Δf)

λ為測量臂的波長2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)3、后續(xù)電路2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)看看其能力：電路靜態(tài)頻率：V1-V2動態(tài)頻率：(V1-V2）±Δf為不失真,Δf≤

1/3(V1-V2)所以對于一個雙頻激光干涉儀其最大的測量速度為:v≤λ/6(V1-V2)2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)二、其他外差干涉儀Zeeman：頻差1.5-1.8MHz動鏡移動速率小于300mm/sAOM（Acousto-Optic-Modulator)/Bragg器件：

產(chǎn)生的一級衍射光束的頻率為ν0±νs，Vs可達(dá)幾十兆Hz2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)三、應(yīng)用1、測量角度/偏擺2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)2、測量空氣折射率2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)2006年3月6日星期一§2.3激光外差干涉測量系統(tǒng)3、測量振動2006年3月6日星期一3、測量振動2006年3月6日星期一3、測量振動2006年3月6日星期一§2.4激光全息干涉測量系統(tǒng)全息的來源:

1948年蓋伯(D.Gebar)提出用一個合適的相干照射全息圖，透射光的一部分就能重新模擬出原物的散射波前，于是重現(xiàn)一個與原物非常逼真的三維圖像。1960年激光的出現(xiàn)促進(jìn)了全息照相術(shù)的發(fā)展，全息術(shù)得到了不斷完善，為此他榮獲1971年諾貝爾物理學(xué)獎2006年3月6日星期一§2.4激光全息干涉測量系統(tǒng)應(yīng)用:全息測量系統(tǒng)無損檢測全息存儲全息電影全息防偽2006年3月6日星期一§2.4激光全息干涉測量系統(tǒng)一、基本原理其過程分：1、全息圖的記錄2、物光波再現(xiàn)1、全息圖的記錄普通照相：記錄了光的光強(qiáng)和顏色（頻率）每毫米只能記錄50～100個條紋記錄介質(zhì)：銀化物全息圖：記錄了波前信息：光強(qiáng)及相位每毫米記錄1000個以上條紋記錄介質(zhì)：鹵化銀乳膠和重鉻酸鹽乳膠2006年3月6日星期一§2.4激光全息干涉測量系統(tǒng)設(shè)物光：E0=A0ejΦ0則干板前的光強(qiáng)和相位分布應(yīng)該為x、y的函數(shù)即

E0=A0（x，y）ejΦ0（x，y）參考光束：平面波E0=ArejΦrΦr=2πsini/λy所以:E0=ArejΦr=Arejay

2006年3月6日星期一§2.4激光全息干涉測量系統(tǒng)所以干板上的光強(qiáng)分布:Ar固定和參考光相位ay是已知規(guī)律變化的所以:干板記錄的信息主要是記錄了物光的光強(qiáng)及相位信息2006年3月6日星期一§2.4激光全息干涉測量系統(tǒng)經(jīng)過一定時間的照射,完成曝光,然后把干板取下,經(jīng)顯影、定影、制成全息底片以上過程稱為全息記錄2006年3月6日星期一§2.4激光全息干涉測量系統(tǒng)2、物光波再現(xiàn)

全息底片的透射率是t（x，y）是記錄過程時曝光光強(qiáng)的非線性函數(shù)，取線性部分，則有重新復(fù)位全息底片，并去掉物體及物體照射光束2006年3月6日星期一2、物光波再現(xiàn)1232006年3月6日星期一2、物光波再現(xiàn)參考光的透射光束幅制被物光調(diào)制，方向不變與物光光波相同的透射光波方向不變，光強(qiáng)變化mAr2倍與2共軛的匯聚光波方向與2共軛，光強(qiáng)變化mAr2倍，相位疊加了一線性值2006年3月6日星期一2、物光波再現(xiàn)2006年3月6日星期一3、全息干涉條紋的調(diào)制度物光對參考光的相位和幅值進(jìn)行了調(diào)制

M成為振幅調(diào)制度，0≤M≤1當(dāng)嚴(yán)格按照余弦分布，也稱條紋對比度2006年3月6日星期一二、干涉測量技術(shù)全息照相的特點:三維立體圖（或四維）彩色圖片，永不變顏色不可撕毀性（冗余度大）一次拍攝，可以得到兩個圖像（原始像和共軛象）2006年3月6日星期一二、全息干涉測量技術(shù)單純的全息技術(shù)應(yīng)用:1、全息圖像顯示：

照片；圖片；郵票；書籍、雜志的封皮與插頁等。2、包裝、裝潢和防偽：

產(chǎn)品的包裝、標(biāo)牌和商標(biāo)；飾品；廣告；裝潢；人民幣；銀行卡；居民身份證等2006年3月6日星期一單純的全息技術(shù)應(yīng)用3、全息元件：

光柵；透鏡；波帶片等。4、光學(xué)信息處理技術(shù)：

圖像識別；圖像的消模糊和邊緣增強(qiáng);圖像的假彩色編碼。2006年3月6日星期一單純的全息技術(shù)應(yīng)用:5、全息存儲存儲容量大記錄速度快記錄信息不易丟失（冗余好）便于長期保存便于拷貝Inphase公司的全息存儲器2006年3月6日星期一二、全息干涉測量技術(shù)單純的全息照相技術(shù),不能提供測量信息,但全息底片記錄了物光的某一狀態(tài)的波前信息,可以與新的物光信息形成干涉,可以利用干涉測量的技術(shù),今行測量分析工作1965年R.Powell和K.Stetsen提出,把干涉測量和全息技術(shù)相結(jié)合,進(jìn)行一些測量工作。常用的測量方法主要有:實時法二次曝光法時間平均法2006年3月6日星期一1.實時法一次全息圖制作→復(fù)原安裝→再現(xiàn)對準(zhǔn)應(yīng)用:實時觀察不同條件下的變形情況,如溫度\壓力\內(nèi)部情況特點:只需一次制作全息底片方便,節(jié)省時間,特別適合透明介質(zhì)的一些現(xiàn)象復(fù)位精度要求高使用時間短,條件要求高,乳膠易收縮變形,產(chǎn)生附加條紋2006年3月6日星期一2.二次曝光法原位曝光/遮光→物體發(fā)生變化→再次曝光→顯影/定影→顯示觀察應(yīng)用:瞬態(tài)現(xiàn)象研究,如沖擊波、流體、燃燒等2006年3月6日星期一2.二次曝光法特點：不需要高復(fù)位精度不需要監(jiān)視變化整個過程原位完成所有過程，引入誤差小形成干涉條紋主要有變形和激光頻率變化引起，應(yīng)盡量激光頻率變化2006年3月6日星期一3.時間平均法注意:曝光時間遠(yuǎn)大于振動的周期常用于振動模式分析2006年3月6日星期一全息干涉測量的特點項目干涉技術(shù)全息干涉測量優(yōu)點簡單、光滑表面任意形狀、對表面幾乎無要求單點或多點測量三維表面需要全程檢測過程可僅比較起始和終了兩個時刻的狀態(tài)缺點范圍大，小于激光的相干長度范圍小，僅幾十um全息測量的特點及與傳統(tǒng)干涉測量的比較2006年3月6日星期一三、應(yīng)用（一）尺寸和形狀測量1）全息長度比較儀利用鑒相技術(shù)，可分辨到λ/100

2006年3月6日星期一（一）尺寸和形狀測量2）測量氣缸內(nèi)孔2006年3月6日星期一（一）尺寸和形狀測量3）測量表面粗糙度Ρ為物光和參考光亮度之比；K=exp（iφλ/R）φ物光和參考光相位之差R被測表面中心到H2的中心距離為粗糙度均方根值2006年3月6日星期一（一）尺寸和形狀測量4）發(fā)動機(jī)活塞變形2006年3月6日星期一（二）缺陷檢測常用的方法:實時法和時間平均法原理:當(dāng)試件存在缺陷時,在外觀、表面會存在變化，例如：脫膠、脫落、內(nèi)部裂紋等2006年3月6日星期一（三）振動測量常用方法：時間平均法常測量：特殊要求的機(jī)械部件的振動模態(tài)2006年3月6日星期一（二）粒子與流場分布測量常用方法：實時法、二次曝光法用途：測量透明介質(zhì)的一些物理場信息如：溫度、力場、流速、均勻性等信息2006年3月6日星期一§2.5激光散斑干涉測量系統(tǒng)1970年Leendez開創(chuàng)了光學(xué)粗糙表面的干涉測量方法，稱這種方法為散斑干涉測量一、基本的概念散斑：當(dāng)一束激光照射到物體的粗糙表面上時，其反射的光束中亮斑與暗斑的分布雜亂，顧稱為散斑（Speckle）其實質(zhì)：經(jīng)粗糙表面漫反射后的光，空間干涉的結(jié)果，所以是非物體表面的像

其分布與照射的表面有關(guān)(小)2006年3月6日星期一一、基本的概念散斑產(chǎn)生的條件：1）粗糙表面，h>λ產(chǎn)生均勻散斑2）必須有高相干光散斑照相:被激光照射的粗糙表在透鏡的像面上形成的散斑圖同全息相比,散斑照相并不能提供測量的一些信息如果利用全息技術(shù)記錄某一時刻的散斑信息,利用變化后的形成的散斑干涉,可以進(jìn)行測量工作散斑干涉技術(shù):在散斑圖的基礎(chǔ),外加一相干的參考光,例如平面波,球面波或者穩(wěn)定的其他散圖均可應(yīng)用:測量位移、應(yīng)變、振動、粗糙度等2006年3月6日星期一二、散斑干涉測量技術(shù)1、測量縱向位移當(dāng)O有位移時，參考光與物光 的相位差為：根據(jù)相干的條件當(dāng)δφ=2kπ時， 即：與初始上干涉狀態(tài)一致當(dāng)δφ=(2k+1)π時,即:圖像明暗反轉(zhuǎn)2006年3月6日星期一1、測量縱向位移通過觀察散斑的明暗變化次數(shù),可以測量縱向位移當(dāng)H為全息干板,曝光周期大于振動周期時,在節(jié)點處,光強(qiáng)和相位不變化,其他位置,光強(qiáng)和相位發(fā)生變化,所以在節(jié)點處,高對比度,其他位置對比度下降,可以測量振幅及振動模態(tài)2006年3月6日星期一2、測量橫向位移參考光與物光以相同夾角入射，方向關(guān)于Z對稱當(dāng)物面沿Z向變化時，物光與參考光的相位變化一直，不產(chǎn)生額外相位差，散斑不變化當(dāng)物面有X，Y方向變化時光程變化為：相位變化為：當(dāng)Δ=2dsinθ=mλ時，恢復(fù)初始狀態(tài)2006年3月6日星期一三、電子散斑干涉測量技術(shù)（ESPI）ESPI：主要相對于傳統(tǒng)光學(xué)記錄方式而言，主要指CCD采集的散斑場信息，這樣可以進(jìn)行電子處理或者計算機(jī)處理。ESPI的特點：電子技術(shù)提取信息，可以直接顯示和保存散斑圖，操作簡單、實用性強(qiáng)，自動化程度高、可以進(jìn)行靜動態(tài)測量，不需要復(fù)雜的顯影、定影及復(fù)定位技術(shù)要求普通散斑技術(shù)的特點：與全息類似，需要干板記錄，條紋的計數(shù)和判向與傳統(tǒng)干涉類似，但可以測量較粗糙的表面

2006年3月6日星期一三、電子散斑干涉測量技術(shù)（ESPI）基本原理CCD感受的光強(qiáng)為參考光的余弦調(diào)制當(dāng)Δφ=2kπ，光強(qiáng)不變當(dāng)Δφ=(2k+1)π，光強(qiáng)變化最劇烈其他,變化程度與Δφ有關(guān)2006年3月6日星期一基本原理ESPI處理:一般圖像間相減,其結(jié)果:

相減后,光強(qiáng)分布仍然是Δφ的余弦分布函數(shù),即干涉條紋與Δφ有關(guān),這種條紋反映出的是兩次散斑干涉間的光強(qiáng)分布之間的相關(guān)性,稱為相關(guān)條文由于Δφ,與光程有關(guān),反應(yīng)出的是物面的變形或位移的多少2006年3月6日星期一四、散斑干涉測量技術(shù)的應(yīng)用1、測量表面粗糙度2006年3月6日星期一四、散斑干涉測量技術(shù)的應(yīng)用2、測量內(nèi)孔的表面質(zhì)量2006年3月6日星期一§2.6激光光纖干涉測量技術(shù)一、基本概念光纖:光導(dǎo)纖維簡稱材料:玻璃-纖芯及包層為玻璃膠套硅光纖-芯玻璃包層塑料塑料-均為塑料類型:階越式梯度型光纖特點:

纖芯包層保護(hù)套1.傳輸頻帶寬、通訊容量大2.信號損耗低3.不受電磁波/環(huán)境光干擾4.線徑細(xì)、重量輕5.抗化學(xué)腐蝕

5.可彎曲2006年3月6日星期一一、基本概念對比光學(xué)器件組成的系統(tǒng),光纖測量系統(tǒng)的優(yōu)勢:

項目傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)光纖測量系統(tǒng)靈敏度小,精度低大,精度高穩(wěn)定性一般,易受環(huán)境影響好,不受大氣、電磁影響操作性較差，可調(diào)點多好，可調(diào)點少，僅調(diào)節(jié)物光束體積結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光路復(fù)雜，體積大結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，光路簡單，應(yīng)用：航空/航天石油化工/采礦業(yè)醫(yī)療通訊圖像傳輸

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳感器等2006年3月6日星期一二、主要常用的光纖干涉儀結(jié)構(gòu)型式主要型式：邁克耳遜（Michelson）光纖干涉儀馬赫-澤德（Mach-Zehnder）光纖干涉儀薩格奈克(Sagnac)光纖干涉儀法布里-珀羅(Fabry-Perot)光纖干涉儀2006年3月6日星期一1.邁克耳遜（Michelson）光纖干涉儀優(yōu)點:

結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾,體積小,穩(wěn)定性好,可和激光集成,光可能返回激光器,要求激光高度穩(wěn)定應(yīng)用:點測量振動,位移,應(yīng)變,溫度等2006年3月6日星期一2.馬赫-澤德（Mach-Zehnder）光纖干涉儀特點:

無返回光,不影響激光輸出自動正余函數(shù)便于細(xì)分應(yīng)用:測量位移高電壓大電流磁場應(yīng)力等2006年3月6日星期一3.薩格奈克(Sagnac)光纖干涉儀光纖陀螺,測量角速度:由Doppler效應(yīng)知:2006年3月6日星期一4.法布里-珀羅(Fabry-Perot)光纖干涉儀又稱:F-P干涉儀特點:多光束干涉,高靈敏度用途:波長的精密測量光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究

其間隔固定不變——法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具其間隔可以改變——法布里-珀羅干涉儀2006年3月6日星期一4.法布里-珀羅(Fabry-Perot)光纖干涉儀GG/A0相鄰兩光束到達(dá)透鏡L2焦平面某一點時的光程差和位相差分別為:各光束的位相依次為（假設(shè)第一束光的位相為零）干涉公式：2006年3月6日星期一三、光纖干涉儀應(yīng)用1）F-P干涉儀分析氣體成分2006年3月6日星期一2）光纖干涉測長準(zhǔn)白光干涉2006年3月6日星期一3）光纖干涉儀測量溫度、壓力2006年3月6日星期一4）光纖陀螺特點：靈敏度高可達(dá)0.02’’/h質(zhì)量輕,體積小,成本低結(jié)構(gòu)緊湊,可作為制導(dǎo)、導(dǎo)航用。2006年3月6日星期一§2.6激光多波長干涉測長技術(shù)傳統(tǒng)干涉儀:需要導(dǎo)軌,計時從始態(tài)到終態(tài)全部過程,中間不允許掉電.計數(shù)時間長,測量長度較大時耗時時間長,易受環(huán)境因素的影響3)無零位,增量式測量,不能測量絕對位移2006年3月6日星期一一、光學(xué)絕對測量簡史

1892年把國際標(biāo)準(zhǔn)米尺與Cd譜線波長相比較提出了小數(shù)重合法激光出現(xiàn)以后，基于小數(shù)重合法進(jìn)行無導(dǎo)軌測長1976年，G.LBourder和AG．Orszag首先報導(dǎo)了使用CO2激光器進(jìn)行多波長干涉測長1983年,日本計量研究所的HM