激光干涉測量技術合肥工業(yè)大學

激光干涉測量技術合肥工業(yè)大學本文檔共94頁；當前第1頁；編輯于星期二\17點12分第二章激光干涉測量技術

§2.1激光干涉測量長度和位移一、干涉測長的基本原理激光干涉的條件

1.頻率相同

2.相位差初始恒定

3.振動方向相同（非正交）

4.小于波列長度(Δτ≤1/Δυ）干涉數(shù)學表達式： 設兩路激光分別為

E1=Acos(ωt+?1)E2=Bcos(ωt+?2)本文檔共94頁；當前第2頁；編輯于星期二\17點12分則合成有：

E=E1+E2=Acos(ωt+?1)+Bcos(ωt+?2)

=Acos(ωt+?1)+Bcos(ωt+?1?Δ?)

=Acos(ωt+?1)+Bcos(ωt+?1)cosΔ?+Bsin(ωt+?1)sinΔ? =(A+BcosΔ?)cos(ωt+?1)+BsinΔ?sin(ωt+?1)

=A'cos(ωt+?1+Δ?2)Δφ=φ1-φ2Δφ2=arctanA+BcosΔφ ABsinΔφA'=A2+2ABcosΔ?+B2

I∝A2+2ABcosΔ?+B2本文檔共94頁；當前第3頁；編輯于星期二\17點12分2πλ?2π?22?λnl)=2光的相位與走過的光程有關：

Acos(ωt+?)=Bcos(ωt+?0?2π λnl)滿足相干條件時有

Acos(ωt+?)=Bcos(ωt+?0?

I∝A+B+2ABcos?(n1l1?n2l2)? ?

條紋可見度M=Imax?Imin2ABImax+IminA+B2本文檔共94頁；當前第4頁；編輯于星期二\17點12分結論合成干涉光的光強是兩路光的光程差的余弦函數(shù)

I∝A2+B2+2ABcosΔ當2π λ

NN

Δ=∑nili?∑njlj i=1j=1(n1l1?n2l2)=2kπ

合成干涉光光強最大,光越亮

2π當λ(n1l1?n2l2)=(2k+1)π

合成干涉光光強最小,光越暗本文檔共94頁；當前第5頁；編輯于星期二\17點12分應用☆光強調(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本文檔共94頁；當前第6頁；編輯于星期二\17點12分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

NN

Δ=∑nili?∑njlj i=1j=1通過測量光強的變化的次數(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本文檔共94頁；當前第7頁；編輯于星期二\17點12分以Michelson干涉儀為例:開始測量時，兩束光的光程差為

Δ1=2n(Lm?Lc)測量結束時，兩束光的光程差為

Δ2=2n(Lm+L?Lc)=2nL+Δ1

光程差變化量

dΔ=Δ2?Δ1=2nL

移動距離L=Kλ

2本文檔共94頁；當前第8頁；編輯于星期二\17點12分二、測量系統(tǒng)組成1.激光干涉系統(tǒng)2.條紋計數(shù)計數(shù)和處理結果的電子機械系統(tǒng)（一）干涉儀系統(tǒng)主要包括：光源、分束器、反射器、補償元器件1.激光干涉儀常用光源He-Ne激光器：激光的功率和頻率穩(wěn)定性高、連續(xù)方式運轉、在可見光和紅外光區(qū)域有譜線本文檔共94頁；當前第9頁；編輯于星期二\17點12分1.干涉儀常用分束方法（1）分波陣面法（2）分振幅法本文檔共94頁；當前第10頁；編輯于星期二\17點12分（3）分偏振法（PBS）3.常用反射器（1）平面反射器（2）角錐棱鏡反射器（3）直角棱鏡反射器（4）貓眼反射器本文檔共94頁；當前第11頁；編輯于星期二\17點12分4.典型的光路布置 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 （1）使用角錐棱鏡雙角錐棱鏡光路單角錐棱鏡光路本文檔共94頁；當前第12頁；編輯于星期二\17點12分兩半反半透鏡一體化光路雙光程光路本文檔共94頁；當前第13頁；編輯于星期二\17點12分（2）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、吸收嚴重（3）光學倍頻本文檔共94頁；當前第14頁；編輯于星期二\17點12分（4）零光程差的結構布局(二)干涉條紋計數(shù)與測量結果處理系統(tǒng)

干涉條紋計數(shù)的要求： 能夠判斷方向，避免反向、大氣、環(huán)境振動以及導軌的誤 差影響，能夠細分，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，一個余弦變化本文檔共94頁；當前第15頁；編輯于星期二\17點12分常用移相器種類 （1）機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。本文檔共94頁；當前第16頁；編輯于星期二\17點12分（2）階梯板和翼形板移相屬于分波陣面移相，容易受大氣擾動引起波陣面畸變的影響本文檔共94頁；當前第17頁；編輯于星期二\17點12分（3）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，結構緊湊。兩反兩透均一透一反缺點是兩相干光束的光強不同，影響條紋對比度本文檔共94頁；當前第18頁；編輯于星期二\17點12分（4）分偏振法移相特點:結構較復雜不受大氣影響,可靠本文檔共94頁；當前第19頁；編輯于星期二\17點12分2.干涉條紋的計數(shù)及判向原理當1324定義為正向當存在反向時1后邊出現(xiàn)的應該是?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(細分)?本文檔共94頁；當前第20頁；編輯于星期二\17點12分=2三、條紋的對比度定義:明暗變化的比值M=Imax?Imin2ABImax+IminA+B21.明暗變化的強度越大,PD感測出的信號信噪比越好2.當兩干涉光的光強相等時,對比度越好3.影響干涉條紋對比度的因素:

相干性、偏振態(tài)、光強、背景光、各種環(huán)境因素 如振動、熱變性等本文檔共94頁；當前第21頁；編輯于星期二\17點12分四、應用舉例1.激光比長儀本文檔共94頁；當前第22頁；編輯于星期二\17點12分2.激光跟蹤干涉儀3.Renishaw新型單頻激光干涉儀本文檔共94頁；當前第23頁；編輯于星期二\17點12分4.激光小角度干涉儀H=kλ4∴α=arcsinHRH=kλ

8∴α=arcsinHR本文檔共94頁；當前第24頁；編輯于星期二\17點12分小角度測量儀: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95°,測量精度±0.3″本文檔共94頁；當前第25頁；編輯于星期二\17點12分§2.2激光外差干涉測量系統(tǒng)傳統(tǒng)干涉測量系統(tǒng)的特點1.測量精度高，前置放大器為直流放大器2.對環(huán)境要求高，不允許光強有較大的變化3.抗干擾能力差，一般工作在恒溫、防震條件下本文檔共94頁；當前第26頁；編輯于星期二\17點12分?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本文檔共94頁；當前第27頁；編輯于星期二\17點12分一、Zeeman雙頻激光干涉儀本文檔共94頁；當前第28頁；編輯于星期二\17點12分Bsin(Δωt+Δ?)(t(ωω1E=E1+E2=Acos(ω1t+?1)+Bcos(ω2t+?2)

=Acos(ω1t+?1)+Bcos(ω1t+?1t?(ω1?ω2)t?(?1??2))=Acos(1t+?1)+Bcos(1t+?1)cosΔω+Δ?)+Bsin(ωt+?1)sinΔωt+Δ?)=(A+Bcos(Δωt+Δ?))cos(ω1t+?1)+Bsin(Δωt+Δ?)sin(ω1t+?1)=A'cos(ω1t+?1+?3)Δφ=φ1-φ2Δω=ω1-ω2?3=arctanA+Bcos(Δωt+Δ?)

A'=A2+2ABcos(Δωt+Δ?)+B2I∝A2+2ABcos(Δωt+Δ?)+B2本文檔共94頁；當前第29頁；編輯于星期二\17點12分∫0t2、測量臂 由于M2的運動由Doppler效應知：Δf=2v c?f=2v λ測量鏡移動距離L為L=∫0tvdt=∫0tλ

2Δfdt=λt2∫0Δfdt=λ

2?N其中N=Δfdt=

t∑Δf

0?Δt為記錄下來的累計脈沖數(shù)本文檔共94頁；當前第30頁；編輯于星期二\17點12分電路靜態(tài)頻率f1?f2動態(tài)頻率f1?f2±Δf為不失真，應滿足

f1?f2≥3Δf

Zeeman：頻差

允許測量速度約為150mm/s本文檔共94頁；當前第31頁；編輯于星期二\17點12分測量角度本文檔共94頁；當前第32頁；編輯于星期二\17點12分本文檔共94頁；當前第33頁；編輯于星期二\17點12分1tλ0tλ00測量空氣折射率Δfn=2v cfv=L?dn/dtΔfn=2Lλ0?dn/dt∫0tΔfn?dt=∫nm2Lλ0?dnnm?1=2L∫0Δfn?dt=λ02L∑Δf?Δt=2LN本文檔共94頁；當前第34頁；編輯于星期二\17點12分2.2.2聲光調(diào)制雙頻外差干涉儀1.聲光調(diào)制器本文檔共94頁；當前第35頁；編輯于星期二\17點12分2.聲光調(diào)制雙頻外差測振儀本文檔共94頁；當前第36頁；編輯于星期二\17點12分本文檔共94頁；當前第37頁；編輯于星期二\17點12分

§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)促進了全息照相術的發(fā) 展，全息術得到了不斷完善，為此他榮獲1971年 諾貝爾物理學獎應用:全息測量系統(tǒng) 全息存儲 全息防偽無損檢測全息電影本文檔共94頁；當前第38頁；編輯于星期二\17點12分每毫一、全息技術的基本原理其過程分：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：記錄了光的光強和顏色（頻率）每毫米只能記錄50～100個條紋記錄介質：銀化物全息圖：記錄了波前信息：光強及相位米記錄1000個以上條紋記錄介質：鹵化銀乳膠和重鉻酸鹽乳膠本文檔共94頁；當前第39頁；編輯于星期二\17點12分0設物光：E0=A0ejΦ0則干板前的光強和相位分布應該為x、y的函數(shù)即E0=A0（x，y）ejΦ（x，y）參考光束：平面波E0=ArejΦrΦr=2πsini/λy所以:E0=ArejΦr=Arejay本文檔共94頁；當前第40頁；編輯于星期二\17點12分0r所以干板上的光強分布:

I(x,y)=(E0+Er)(E*+E*)=Ar2+A02(x,y)+ArA0(x,y)ej(ay-j(x,y))+ArA0(x,y)e-j(ay-j(x,y))=Ar2+A02(x,y)+2ArA0(x,y)cos(ay-j(x,y))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及相位信息本文檔共94頁；當前第41頁；編輯于星期二\17點12分經(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本文檔共94頁；當前第42頁；編輯于星期二\17點12分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的非線性函數(shù)，取線性部分，則有重新復位全息底片，并去掉物體及物體照射光束本文檔共94頁；當前第43頁；編輯于星期二\17點12分22+2222e3Ee(x,y)=t(x,y)Er=m(Ar+A0(x,y)+ArA0(x,y)ej(ay-φ0(x,y))ArA0(x,y)e-j(ay-φ0(x,y)))?Arejay=m(Ar+A0(x,y))Are+mAr2A0(x,y)ejφ0(x,y) j2ay-jφ0(x,y)+mA0(x,y)Arejay1本文檔共94頁；當前第44頁；編輯于星期二\17點12分01.參考光的透射光束 幅度被物光調(diào)制，方向不變m(Ar2+A02(x,y))Arejay2.與物光光波相同的透射光波Ar2A0(x,y)ejφ0(x,y))

方向不變，光強變化mAr2倍3.與2共軛的匯聚光波 方向與2共軛，光強變化mAr2mA0(x,y)Ar2ej2aye-jφ(x,y)倍，相位疊加了一線性值本文檔共94頁；當前第45頁；編輯于星期二\17點12分本文檔共94頁；當前第46頁；編輯于星期二\17點12分3.全息干涉條紋的調(diào)制度

I(x,y)=Ar2+A02(x,y)+2ArA0(x,y)cos(ay-j(x,y))=Ar2+A02(x,y)[1+ 2ArA0(x,y) M= Ar2+A02(x,y)

2ArA0(x,y)Ar2+A02(x,y)cos(ay-j(x,y))]

物光對參考光的相位和幅值進行了調(diào)制

M成為振幅調(diào)制度，0≤M≤1當嚴格按照余弦分布，也稱條紋對比度

4.全息技術對光源的要求

同普通照相一樣具有能使底片得以曝光的光能輸出； 具有為滿足光束的干涉和衍射所必須的時間相干性和空間相干性本文檔共94頁；當前第47頁；編輯于星期二\17點12分????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）單純的全息技術應用: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、標牌和商標；飾品；廣告；裝潢；人民幣；銀行卡；居民身份證等本文檔共94頁；當前第48頁；編輯于星期二\17點12分3、全息元件：光柵；透鏡；波帶片等。4、光學信息處理技術：

圖像識別；圖像的消模糊和邊緣增強;圖像的假彩色編碼。5、全息存儲：①存儲容量大②記錄速度快③記錄信息不易丟失（冗余好）④便于長期保存⑤便于拷貝Inphase公司的全息存儲器本文檔共94頁；當前第49頁；編輯于星期二\17點12分二、全息干涉測量技術單純的全息照相技術,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,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相結合,進行一些測量工作。常用的測量方法主要有:1.實時法2.二次曝光法3.時間平均法本文檔共94頁；當前第50頁；編輯于星期二\17點12分1.實時法一次全息圖制作→復原安裝→再現(xiàn)對準應用: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:1.只需一次制作全息底片2.方便,節(jié)省時間,特別適合透明介質的一些現(xiàn)象3.復位精度要求高4.使用時間短,條件要求高,乳膠易收縮變形,產(chǎn)生附加條紋本文檔共94頁；當前第51頁；編輯于星期二\17點12分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→顯示觀察應用:瞬態(tài)現(xiàn)象研究,如沖擊波、流體、燃燒等特點：

不需要高復位精度 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，應盡量激光頻率變化本文檔共94頁；當前第52頁；編輯于星期二\17點12分3.時間平均法注意:曝光時間遠大于振動的周期常用于振動模式分析本文檔共94頁；當前第53頁；編輯于星期二\17點12分全息干涉測量的特點項目優(yōu)點干涉技術簡單、光滑表面單點或多點測量全息干涉測量任意形狀、對表面幾乎無要求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，小于激光范圍小，僅幾十um

的相干長度全息測量的特點及與傳統(tǒng)干涉測量的比較本文檔共94頁；當前第54頁；編輯于星期二\17點12分三、全息干涉測量技術的應用1.測量氣缸內(nèi)孔本文檔共94頁；當前第55頁；編輯于星期二\17點12分2.發(fā)動機活塞變形本文檔共94頁；當前第56頁；編輯于星期二\17點12分3.缺陷檢測常用的方法:實時法和時間平均法原理:當試件存在缺陷時,在外觀、表面會存在變化，例如：脫膠、脫落、內(nèi)部裂紋等本文檔共94頁；當前第57頁；編輯于星期二\17點12分4.檢測光學玻璃的均勻性常用方法：實時法、二次曝光法用途：測量透明介質的一些物理場信息如：溫度、力場、流速、均勻性等信息本文檔共94頁；當前第58頁；編輯于星期二\17點12分

§2.5激光散斑干涉測量系統(tǒng)1970年Leendez開創(chuàng)了光學粗糙表面的干涉測量方法，稱這種方法為散斑干涉測量一、散斑的概念散斑：當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：經(jīng)粗糙表面漫反射后的光，空間干涉的結果，所以是非物體表面的像

其分布與照射的表面有關(小)本文檔共94頁；當前第59頁；編輯于星期二\17點12分散斑產(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,可以進行測量工作散斑干涉技術:

在散斑圖的基礎,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用:測量位移、應變、振動、粗糙度等本文檔共94頁；當前第60頁；編輯于星期二\17點12分kλ)二、散斑干涉測量技術

1.測量縱向位移

當O有位移時，參考光與物光 的相位差為：δφ=2π

λ2δz根據(jù)相干的條件當δφ=2kπ時,即：

δz=

2

與初始上干涉狀態(tài)一致。 當δφ=(2k+1)π時,即:δz=(k+1λ22圖像明暗反轉本文檔共94頁；當前第61頁；編輯于星期二\17點12分通過觀察散斑的明暗變化次數(shù),可以測量縱向位移。當H為全息干板,

曝光周期大于振動周期時,在節(jié)點處,光強和相位不變化,

其他位置,光強和相位發(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)本文檔共94頁；當前第62頁；編輯于星期二\17點12分2.測量橫向位移

參考光與物光以相同夾角入射， 方向關于Z對稱 當物面沿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 當物面有X，Y方向變化時 光程變化為：Δ=2dsinθ相位變化為：δφ=2π

λ2dsinθ當Δ=2dsinθ=mλ時，恢復初始狀態(tài)本文檔共94頁；當前第63頁；編輯于星期二\17點12分三、電子散斑干涉測量技術（ESPI）ESPI：主要相對于傳統(tǒng)光學記錄方式而言，主要指CCD采集的

散斑場信息，這樣可以進行電子處理或者計算機處理。ESPI的特點：電子技術提取信息，可以直接顯示和保存散斑

圖，操作簡單、實用性強，自動化程度高、可以進行靜動態(tài)測量，不需要復雜的顯影、定影及復定位技術要求普通散斑技術的特點：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本文檔共94頁；當前第64頁；編輯于星期二\17點12分基本原理ifA0=a1ejφ1Ar=a2ejφ2CCDlightintensity: I=a12+a22+2a1a2cos(φ1-φ2)ifΑ0=a1ej(φ1+Δφ) I=a12+a22+2a1a2cos(φ1-φ2+Δφ)當Δφ=2kπ，光強不變當Δφ=(2k+1)π，光強變化 最劇烈其他,變化程度與Δφ有關CCD感受的光強為參考光的余弦調(diào)制本文檔共94頁；當前第65頁；編輯于星期二\17點12分

基本原理ESPI處理:一般圖像間相減,其結果:ΔI=2a1a2[cos(φ1-φ2)-cos(φ1-φ2+Δφ

)]相減后,光強分布仍然是Δφ的余弦分布函數(shù),

即干涉

條紋與Δφ有關,

這種條紋反映出的是兩次散斑干

涉間的光強分布之間的相關性,稱為相關條文由于Δφ,與光程有關,

反應出的是物面的變形或位移的多少本文檔共94頁；當前第66頁；編輯于星期二\17點12分四、散斑干涉測量技術的應用1.測量表面粗糙度本文檔共94頁；當前第67頁；編輯于星期二\17點12分2.測量內(nèi)孔的表面質量本文檔共94頁；當前第68頁；編輯于星期二\17點12分

§2.5激光光纖干涉測量系統(tǒng)一、基本概念

光纖:光導纖維簡稱 材料:玻璃-纖芯及包層為玻璃膠套硅光纖-芯玻璃包層塑料纖包保護塑料-均為塑料芯層套類型:階越式梯度型光纖特點:1.傳輸頻帶寬、通訊容量大3.不受電磁波/環(huán)境光干擾5.抗化學腐蝕2.信號損耗低4.線徑細、重量輕5.可彎曲本文檔共94頁；當前第69頁；編輯于星期二\17點12分穩(wěn)定對比光學器件組成的系統(tǒng),光纖測量系統(tǒng)的優(yōu)勢:項目靈敏傳統(tǒng)光學系統(tǒng)小,精度低光纖測量系統(tǒng)大,精度高度

一般,易受環(huán)境影響好,不受大氣、電磁影響性操作性體積較差，可調(diào)點多結構復雜，光路復雜，體積大好，可調(diào)點少，僅調(diào)節(jié)物光束結構簡單，體積小，重量輕，光路簡單，應用：航空/航天石油化工/采礦業(yè) 圖像傳輸計算機網(wǎng)絡傳感器等醫(yī)療通訊本文檔共94頁；當前第70頁；編輯于星期二\17點12分二、主要常用的光纖干涉儀結構型式主要型式：1.邁克耳遜（Michelson）光纖干涉儀2.馬赫-澤德（Mach-Zehnder）光纖干涉儀3.薩格奈克(Sagnac)光纖干涉儀4.法布里-珀羅(Fabry-Perot)光纖干涉儀本文檔共94頁；當前第71頁；編輯于星期二\17點12分1.邁克耳遜（Michelson）光纖干涉儀優(yōu)點:

結構簡單,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)定應用:

點測量 振動,位移,應變,溫度等本文檔共94頁；當前第72頁；編輯于星期二\17點12分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)便于細分應用:測量位移高電壓大電流磁場應力等本文檔共94頁；當前第73頁；編輯于星期二\17點12分3.薩格奈克(Sagnac)光纖干涉儀

光纖陀螺,測量角速度:

由Doppler效應知:

V=rω Clockwise:fc=

cλc=c-rω

λ\λc=

cλc-rωPhaseatDetectorΔφc=2π

λc2πrN=4π2rN cλ(c-rω)Anti-clockwise:Δφa=2π

λc2πrN=4π2rN cλ(c+rω)\Δφ=Δφa-Δφc=8π2r2Nω cλ本文檔共94頁；當前第74頁；編輯于星期二\17點12分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 光譜線精細結構的研究其間隔固定不變——法布里-珀羅標準具其間隔可以改變——法布里-珀羅干涉儀本文檔共94頁；當前第75頁；編輯于星期二\17點12分三、光纖干涉儀應用1.F-P干涉儀分析氣體成分本文檔共94頁；當前第76頁；編輯于星期二\17點12分2.光纖干涉測長準白光干涉本文檔共94頁；當前第77頁；編輯于星期二\17點12分3.光纖干涉儀測量溫度、壓力本文檔共94頁；當前第78頁；編輯于星期二\17點12分4.光纖陀螺特點：靈敏度高可達0.02o/h質量輕,體積小,成本低結構緊湊,可作為制導、導航用。本文檔共94頁；當前第79頁；編輯于星期二\17點12分§2.5激光多波長干涉測量系統(tǒng)傳統(tǒng)干涉儀:1)

需要導軌,計時從始態(tài)到終態(tài)全部過程,中間不允許掉電.2)

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,不能測量絕對位移本文檔共94頁；當前第80頁；編輯于星期二\17點12分光學絕對測量簡史1.1892年把國際標準米尺與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)重合法進行無導軌測長2.1976年，G.LBourder和AG．Orszag首先報導了使用CO2激光器進行多波長干涉測長3.1983年,日本計量研究所的HMatsumoto提出了用He—Ne3.39um

單波長和He-Ne3.37um，3.51um雙譜線組成三級合成波測量長度4.同年，CL．Bourder利用兩支波導CO2激光器，實現(xiàn)了變波長絕對距離測量5.1985年，中國計量院陳元呂等人制成了以Zeeman激光為光源的無導軌測長儀6.1986午，H．Kikuta進行了半導體激光外差干涉測長的研究。7.清華大學的梁晉文教授等人用He-Ne3.39um激光實現(xiàn)了多波長無導軌測長.本文檔共94頁；當前第81頁；編輯于星期二\17點12分λi2i一、小數(shù)重合（柯氏干涉儀）對于干涉儀其測量的公式:L=λ2N如果能夠測量出條紋間的距離(細分,相位檢測等)則實際長度:L=(m+εi)如果已知道某一長度的大略范圍,例如量塊,用一組已知波長的光,進行測量的話,真值對應的一組已知的mi和εi,如果能夠測出其小數(shù)部分則,容易推導出其真值。本文檔共94頁；當前第82頁；編輯于星期二\17點12分測量的次序:1.測出每一波長的激光對應的ε2.計算已知尺寸范圍間,所有波長對應m及ε值3.測量和計算的ε組進行比對,

如果相同,則計算的所對應的尺寸,即是真值本文檔共94頁；當前第83頁；編輯于星期二\17點12分-2二、合成波長

小數(shù)重合法時，用兩個波長進行測量：L=L=λ1

2λ2

2(m1+ε1)(m2+ε2)2L

λ1

2L

λ2=(m1+ε1) =(m2+ε2)2L2L

λ1λ2=m1-m2+ε1-ε2=m3