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激光多普勒测振仪

激光测振仪

激光多普勒测振仪是利用激光多普勒效应、光外差干涉等原理对物体振动进行测量的一种测量仪器 ． 与传统的加速度计等传感器相比具有可以远距离测量 ，非接触性 ，空间分辨率高 ，测量时间短 ，响应频带宽，速度分辨率高等优点 ，被广泛应用于模型的模态特性分析、品质检测 、在线控制 、结构探伤 、健康医疗等领域。

仪器简介
激光多普勒测振仪（LDV）是利用激光多普勒效应对物体振动进行测量的一种测量仪器 。可用于对表面进行非接触式振动测量的科学仪器。 LDV的激光束被发射到待测物体的表面，并且由于该表面的运动使反射的激光束产生多普勒频移，从中可提取表面的振动幅度和频率。LDV无需进行质量加载即可进行振动测量，这对于MEMS等微纳器件尤其重要。
结构原理
光学系统原理
激光测振仪的核心是一台高精密激光干涉仪和一台信号处理器。高精密激光干涉仪内的激光器发出的偏振光（设频率为F0）由分光镜分成两路，一路作为测量光，一路作为参考光。参考光通过声光调制器具有一定频移（F），测量光聚焦到被测物体表面，物体振动引起测量光多普勒频移（f=2v/λ）。系统收集反射光并与参考光汇聚在传感器上，这样两束光在传感器表面产生干涉，干涉信号的频率为F0+F+f，携带了被测物体的振动信息，信号处理器将频率信号转换为物体振动的速度和位移信号。
多普勒效应
波在传播过程中，其频率会随着波源、观察者之间的相对运动而发生变化。当光照射到运动物体表面时，对光检测器而言，由于物体的运动，使得从它表面散射的光的频率发生变化，该频率变化值与物体运动的速度、方向、波长以及入射光的方向有关。如果已知后面几个参数，只要测量出散射光频率的变化，便可得到运动物体的速度。
光外差干涉原理
光外差干涉即由两束不同频率的相干光同时投射到光电探测器光敏面上发生干涉，然后通过光电转换的平方律效应得到它们之间的频差，此频差就是所需的多普勒频移，其余与光波频率接近或者更高的频率信息因超出了光检测器的频率响应范围而被滤掉。
应用领域
LDV被广泛用于科学，工业和医学应用。
例如：
航空航天– LDV被用作飞机零部件的无损检查工具。
声学– LDV是扬声器设计的标准工具，也已用于诊断乐器的性能。
建筑– LDV被用于桥梁和结构的振动测试。
汽车– LDV已在许多汽车应用中得到广泛使用，例如结构动力学，制动诊断，噪声，振动和粗糙度（NVH）的量化，精确速度的测量。
生物– LDV已用于多种应用，例如耳膜诊断和昆虫传播。
校准–由于LDV测量的运动可以直接根据光的波长进行校准，因此它们经常用于校准其他类型的传感器。
硬盘驱动器诊断– LDV已广泛用于硬盘驱动器分析中，尤其是在磁头定位领域。
牙科设备-LDV在牙科行业中用于测量洁牙机的振动信号，以提高振动质量。
地雷检测– LDV在检测掩埋的地雷方面显示出巨大的希望。该技术使用诸如扬声器之类的音频源来激励地面，从而使LDV用来测量地面振动的幅度，从而使地面振动很小。埋在地下的地雷上方的区域在地雷-土壤系统的共振频率下显示出更高的地速。已经证明了使用单光束扫描LDV，LDV阵列和多光束LDV进行地雷检测。
安全性–LDV作为非接触式振动传感器，具有远程语音采集的能力。借助视觉传感器（摄像机），可以选择发生音频事件的环境中的各种目标作为反射表面，以通过LDV收集声信号。 LDV的性能在很大程度上取决于场景中选定目标（表面）的振动特性，激光束发射并从中返回。
材料研究–由于采用非接触式方法，激光振动计，特别是激光扫描振动仪，可以测量碳板等现代材料的表面振动。振动信息可以帮助识别和研究缺陷，因为与没有缺陷的材料相比，具有缺陷的材料将显示出不同的振动曲线。
设备类型
单点LDV–这是最常见的LDV类型。
扫描LDV–扫描LDV添加了一组X-Y扫描镜，使单个激光束可以在感兴趣的表面上移动。
三维LDV–标准的LDV测量沿激光束方向的目标速度。为了测量目标速度的所有三个分量，三维LDV通过三个独立的光束来测量位置，这些光束从三个不同的方向发射到目标。这可以确定目标的完整平面内和平面外速度。
差分LDV–差分LDV测量目标上两个位置之间的平面外速度差。
多光束LDV–多光束LDV同时测量多个位置的目标速度。
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