詳解雷射幹涉儀工作原理

2020-11-23 電子產品世界

幹涉儀是以雷射波長為已知長度、利用邁克耳遜幹涉系統測量位移的通用長度測量工具。雷射幹涉儀有單頻的和雙頻的兩種。單頻的是在20世紀60年代中期出現的，最初用於檢定基準線紋尺，後又用於在計量室中精密測長。雙頻雷射幹涉儀是1970年出現的，它適宜在車間中使用。雷射幹涉儀在極接近標準狀態(溫度為20℃、大氣壓力為101325帕、相對溼度59%、CO2 含量0.03%)下的測量精確度很高，可達1×10。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/192998.htm

單頻雷射幹涉儀

圖1為單頻雷射幹涉儀的工作原理。從雷射器發出的光束，經擴束準直後由分光鏡分為兩路，並分別從固定反射鏡和可動反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產生幹涉條紋。當可動反射鏡移動時，幹涉條紋的光強變化由接受器中的光電轉換元件和電子線路等轉換為電脈衝信號，經整形、放大後輸入可逆計數器計算出總脈衝數，再由電子計算機按計算式[356-11]

計算式

式中λ為雷射波長(N 為電脈衝總數)，算出可動反射鏡的位移量L。使用單頻雷射幹涉儀時，要求周圍大氣處於穩定狀態，各種空氣湍流都會引起直流電平變化而影響測量結果。

單頻雷射幹涉儀原理圖

雙頻雷射幹涉儀

圖2為雙頻雷射幹涉儀的工作原理。在氦氖雷射器上，加上一個約0.03特斯拉的軸向磁場。由於塞曼分裂效應和頻率牽引效應，雷射器產生1和2兩個不同頻率的左旋和右旋圓偏振光。經1/4波片後成為兩個互相垂直的線偏振光，再經分光鏡分為兩路。一路經偏振片1後成為含有頻率為f1-f2的參考光束。另一路經偏振分光鏡後又分為兩路：一路成為僅含有f1的光束，另一路成為僅含有f2的光束。當可動反射鏡移動時，含有f2的光束經可動反射鏡反射後成為含有f2 ±Δf的光束，Δf是可動反射鏡移動時因都卜勒效應產生的附加頻率，正負號表示移動方向(都卜勒效應是奧地利人C.J.都卜勒提出的，即波的頻率在波源或接受器運動時會產生變化)。這路光束和由固定反射鏡反射回來僅含有f1的光的光束經偏振片2後會合成為f1-(f2±Δf)的測量光束。測量光束和上述參考光束經各自的光電轉換元件、放大器、整形器後進入減法器相減，輸出成為僅含有±Δf的電脈衝信號。經可逆計數器計數後，由電子計算機進行當量換算(乘 1/2雷射波長)後即可得出可動反射鏡的位移量。雙頻雷射幹涉儀是應用頻率變化來測量位移的，這種位移信息載於f1和f2的頻差上，對由光強變化引起的直流電平變化不敏感，所以抗幹擾能力強。它常用於檢定測長機、三坐標測量機、光刻機和加工中心等的坐標精度，也可用作測長機、高精度三坐標測量機等的測量系統。利用相應附件，還可進行高精度直線度測量、平面度測量和小角度測量。

雙頻雷射幹涉儀原理圖

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