第六章典型光电测试系统精要.ppt

2.圆光栅莫尔条纹 径向光栅：圆弧莫尔条纹 切向光栅：环形莫尔条纹 光闸莫尔条纹 辐射形莫尔条纹 莫尔条纹测长原理 细分判向原理 电子细分方式用于莫尔条纹测长中有好几种，四倍频细分是用的较为普遍的一种。 系统组成：光栅一侧是照明光源，另一侧是四个柱面聚光镜接受光栅透过的光能量，四个柱面透镜布置在莫尔条纹的一个周期B的宽度内，相互间相差1/4莫尔条纹周期。在每个柱面镜的焦点上各放一个光电二极管。 举例： 用两把精度都是千分之一的光尺，其中一把L01=10m，另一把L02=1000m，分别测量同一距离，然后把测得的结果相互结合即可。 比如：一段距离为386.57m，用L01测量得到不足10m的尾数6.57m，用L02测量得到不足1000m的尾数386m。结合起来就得到被测长度。 沿待测外力作用方向形成的光轴与P1、P2的透振方向分别称±45°，设由P1出射的线偏振光振幅为A0，光强为I0，通过应力材料后沿同一路径向右传播的两束正交线偏振光的振幅均为 ， 能通过检偏器P2的分振幅为： 相应的光强为： 济南大学物理科学与技术学院 * 2.双频测长仪与单频干涉仪的比较 双频激光测长仪与常规的单频激光干涉仪都是以光波波长为标准对被测长度进行精密度量的仪器，其区别有如下三点： 用于测长的常规单频激光干涉仪中，可动棱镜移动时引起两臂位相差改变，直接检测的是两臂光束干涉条纹强度和对比度的变动。双频测长仪中可动棱镜移动引起多普勒频移，直接检测的是测量信号与参考信号的频率差。 当可动镜不动时，前者的干涉信号是介于最亮与最暗之间的直流信号，而后者的干涉信号是频率为f2-f1的交流信号。可动棱镜移动时，前者的干涉信号是在最亮与最暗之间缓慢变化，而后者是使原来的交流信号频率增减△f ，仍然是交流信号。后者可用高放大倍数的交流放大器增强较弱的干涉信号，克服由于光强减弱，大气扰动及电子线路直流漂移等因素对测量精度的影响。 单频干涉仪对装置的机械振动十分敏感，因此对工作台稳定性有严格要求，振动越强，干涉条纹的来回移动越强烈，计数是必然相应的进行加减，双频测长仪的干涉条纹是运动的，按时间顺序入射到光探测器上，因而对振动不敏感，防震要求不严，可以应用到工业环境。 济南大学物理科学与技术学院 * 3.双频激光的产生 将在干涉计量中常用的0.6328um谱线中心频率作单纵模运转的氦氖激光器置于轴向磁场中，激光谱线在外磁场作用下发生塞曼分裂，并具有偏振性质。所分成的两条谱线的频率间隔取决于磁场强弱。 外磁场一般取0.02T较为适宜，要求尽可能均匀，相应的谱线频差味1.5MHz。 济南大学物理科学与技术学院 * 二.激光小角度干涉仪 激光小角度测量原理 小角度测量场采用正弦原理。将R固定，用激光干涉测长的办法测出H，就可求得角度值。 济南大学物理科学与技术学院 * 激光器1发出的激光束经分束器3分为两路，一路沿光路a摄像角锥棱镜2，一路沿光路b射向参考镜4，当棱镜在位置Ⅰ时，沿光路a前进的光束经角锥棱镜转180度后，沿光路c射向反射镜5，然后反射，从原路返回到分光器并与从b路返回的参考光会合产生干涉。 当棱镜移动位置Ⅱ时，沿光路a前进的光束由于棱镜及平面反射镜作用，使它们仍按原路返回，不产生光点移动，从而干涉图像相对接受元件的位置保持不变。 棱镜在位置Ⅰ和位置Ⅱ的光程差为 为什么？ 济南大学物理科学与技术学院 * 济南大学物理科学与技术学院 * 济南大学物理科学与技术学院 * 测量结构的改进 为了提高装置的灵敏度，还可在对径位置上布置两个角锥棱镜构成差动式结构。干涉仪经过两次光倍频，使得每一条干涉带相应的程差变为 ，同时由于可逆记录器采用四倍频使得每记一个数对应长度为 。若计数器数目为K，则 仪器的测量范围为±5°，在±1°内仪器的最大误差为±0.05“。 为了扩大小角度干涉仪的量程，可采用图6-31的装置。由激光器发出的激光光束经移动式转向反射镜2反射至分光器3，一束通过五棱镜4转向，气候两束平行光分别射向两个角锥棱镜5，之后又会合与分光器产生干涉。这种装置的测量范围可达95 °，精度可达±0.3“. 济南大学物理科学与技术学院 * 光弹效应测力计 光弹效应是一种人工双折射，利用物质的光弹效应不仅可以构成测力计，还可以用于声、振动、位移等参数的检测。这种检测系统不仅灵敏度高，惯性小，而其工作寿命长，具有广阔应用前景。 济南大学物理科学与技术学院 * 一束单色光入射到各向异性介质表面时，一般产生两束折射光，一束总是遵守折射定律，称为寻常光（o光），一束不遵守折射定律，称为非常光（e光）。 o光和e光都是线偏振光。且o光振动面垂直于晶体的主截面，e光的振动面在主