專利名稱：一種振動校準用激光干涉儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種振動測量儀器，特別是涉及一種振動校準用激光干涉儀。

背景技術：
目前振動傳感器靈敏度的校準方法都是采用基于正弦逼近的激光干涉法，傳統(tǒng)的校準方法比如條紋計數(shù)、最小點法等由于只有使用一路干涉光，所以只能測量靈敏度的幅值而不能測量靈敏度的相移，且振動測量的頻率范圍也受到一定的限制。將干涉光通過一定的裝置分成兩束干涉光，其中任意一路仍然可以用來測量靈敏度幅值，通過兩路干涉光進行相位比較，就可測量出加速度靈敏度的相移。
本實用新型是為了解決現(xiàn)有技術中的不足而完成的，本實用新型的目的是提供一種能夠擴展振動傳感器靈敏度的測量范圍、滿足振動傳感器靈敏度相移測量的光學要求、準確測量振動傳感器靈敏度相移的激光干涉儀。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的一種振動校準用激光干涉儀，包括激光器和普通分光棱鏡，所述普通分光棱鏡位于所述激光器的輸出光路上，所述普通分光棱鏡的分光面與所述普通分光棱鏡的輸出光路夾角為45°，所述激光器輸出光經(jīng)普通分光棱鏡分為呈90°夾角的參考光與測量光，所述參考光方向上設有將參考光原路反射回的參考反射鏡，所述測量光方向上設有將測量光原路反射回的測量反射鏡，所述測量反射鏡與振動物體固定并隨所述振動物體移動，所述反射回的參考光和測量光經(jīng)普通分光棱鏡匯集形成總干涉光，所述總干涉光方向設有將總干涉光分成偏振方向正交的兩個支路干涉光的偏振分光裝置，所述兩個支路干涉光光路上分別設有光電接收器。
本實用新型的一種振動校準用激光干涉儀還可以是 所述偏振分光裝置為偏振分光器。
所述偏振分光器為偏振分光棱鏡。
所述激光器輸出光路為水平方向，所述經(jīng)過普通分光棱鏡分出的參考光為鉛垂方向，所述測量光為水平方向，所述參考反射鏡鏡面為水平方向，測量反射鏡鏡面為鉛垂方向，所述總干涉光為鉛垂方向，所述兩個支路干涉光光路分別為鉛垂方向和水平方向。
上述兩個支路干涉光分別與能夠將正交偏振的兩路干涉光光信號轉換為相位相差90°的第一光電接收器和第二光電接收器連接。
所述激光器為單頻激光器。
本實用新型的一種振動校準用激光干涉儀，相對于現(xiàn)有技術而言由于其在總干涉光方向設有將總干涉光分成偏振方向正交的兩個支路干涉光的偏振分光裝置，兩個支路干涉光光路上分別設有光電接收器而具有的優(yōu)點為 1.滿足振動傳感器靈敏度相移測量的光學要求。
2.除了可以準確測量振動的速度外，還可以準確測量振動傳感器靈敏度相移。
3.擴展了振動傳感器靈敏度的測量范圍。

圖1本實用新型一種一種振動校準用激光干涉儀實施例示意圖。
圖號說明 1…激光器 2…普通分光棱鏡3…參考反射鏡 4…測量反射鏡 6…偏振分光裝置 51…第一光電接收器52…第二光電接收器
以下結合附圖圖1對本實用新型的一種振動校準用激光干涉儀作進一步詳細說明。
具體實施方式
本實用新型的一種振動校準用激光干涉儀，請參考圖1，包括激光器1和普通分光棱鏡2，普通分光棱鏡2位于激光器1的輸出光路上，普通分光棱鏡2的分光面與普通分光棱鏡2的輸出光路夾角為45°，激光器1輸出光經(jīng)普通分光棱鏡2分為呈90°夾角的參考光與測量光，參考光方向上設有將參考光原路反射回的參考反射鏡3，測量光方向上設有將測量光原路反射回的測量反射鏡4，測量反射鏡4與振動物體固定并隨振動物體移動，反射回的參考光和測量光經(jīng)普通分光棱鏡2匯集形成總干涉光。這些結構是現(xiàn)有的激光干涉儀中必須包含的部分，而本實用新型的激光干涉儀的特點在于總干涉光方向設有可以將總干涉光分成偏振方向正交的兩個支路干涉光的偏振分光裝置6，兩個支路干涉光光路上分別設有光電接收器。具體說明，激光器1為單頻激光器。偏振分光裝置6為偏振分光器。偏振分光器為偏振分光棱鏡。當然還可以是其他結構和種類的偏振分光裝置6，只要是能夠將總干涉光分為正交的兩個支路干涉光即可。更進一步優(yōu)選的方案為請參考圖1，激光器1輸出光路為水平方向，經(jīng)過普通分光棱鏡2分出的參考光為鉛垂方向，測量光為水平方向，參考反射鏡3鏡面為水平方向，測量反射鏡4鏡面為鉛垂方向，總干涉光為鉛垂方向，兩個支路干涉光光路分別為鉛垂方向和水平方向。
本實用新型的一種振動校準用激光干涉儀，請參考圖1，偏振分光器將總干涉光分為正交的兩個支路干涉光，這兩個支路干涉光分別與能夠將正交偏振的兩路干涉光光信號轉換為相位相差90°的第一光電接收器51和第二光電接收器52連接。兩個光電接收器與計算器連接可以準確測量振動傳感器靈敏度相移。振動傳感器靈敏度幅值和相移的解算如下 振動加速度傳感器的復合靈敏度可以用頻率的復值函數(shù)表示
其中，

為加速度傳感器的幅值靈敏度，

為加速度傳感器輸出信號的初相位，

為振動臺加速度的初相位，而

是加速度傳感器復靈敏度的相移。
幅值

稱為幅頻特性或增益因子，相移

稱為相頻特性或相位因子。加速度傳感器幅相特性的求解就是要分別繪出加速度傳感器幅值靈敏度

與相移

在頻域的兩條特性曲線。
由振動臺的位移幅值

，頻率f(角頻率ω＝2πf)和位移的初相位

可以求出加速度幅值和初相位
其中，振動臺產(chǎn)生的位移為
加速度傳感器輸出為
水平與垂直兩個方向光電檢測器的輸出分別為

其中，調(diào)相值


為光電檢測器信號的初相位，

為調(diào)制項。假設服從余弦變化的調(diào)制項

與位移st之間沒有相移，此時調(diào)制項

的幅值

與振動臺的位移量成正比，有

即

等于振動臺一個振幅內(nèi)光電信號條紋數(shù)的2π倍。調(diào)制項

反映對應于振動信號位移的變化和光電信號變化的角位移，同時也反映振動臺位移變化的大小決定光電信號的疏密。
在t0＜t＜t0+TMeas測量時間內(nèi)，以相同的時間間隔Δt＝tl-tl-1，對兩路光電信號連續(xù)進行同步采樣，通過A/D變換，將兩列光電信號連續(xù)的時間函數(shù)變成離散時間序列{u1(tl)}和{u2(tl)}。由此可以計算出對應于每一組u1(tl)和u2(tl)的調(diào)相值序列

對于調(diào)相值序列

展開后可以得到N+1個線性方程組

i＝0，1，2，……N(采樣點數(shù))(9) 其中，


C為常數(shù)。用最小二乘法將測量得到的一組離散的數(shù)據(jù)序列擬合為正弦函數(shù)(正弦逼近法)。解這個方程組可求得唯一的A、B、C值。并可求得調(diào)制項的幅值

和位移的初相位


由此得到加速度幅值

及相位


同理，可以獲得加速度傳感器輸出信號的N+1個采樣序列{u(tl)}，構建出N+1個(12)式的線性方程組，并用正弦逼近法解出Au和Bu的值。
u(ti)＝Aucosωti-Businωti+Cu(12) 其中，


Cu為常數(shù)。
可以由Au和Bu算出加速度傳感器輸出信號的幅值

和初相位

由求出的振動臺加速度幅值

和初相位

，加速度傳感器輸出信號的幅值

和初相位

，就可以得出給定頻率下的加速度傳感器幅值靈敏度

和相移

從以上的分析得知，要求得振動加速度靈敏度的幅值和相移，必須提供兩路正交的激光干涉信號。而本實用新型的激光干涉儀剛好可以提供兩個支路正交的激光干涉信號。因此可以準確測量振動加速度靈敏度的幅值和相移。
上述僅對本實用新型中的幾種具體實施例加以說明，但并不能作為本實用新型的保護范圍，凡是依據(jù)本實用新型中的設計精神所作出的等效變化或修飾或等比例放大或縮小等，均應認為落入本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種振動校準用激光干涉儀，包括激光器和普通分光棱鏡，所述普通分光棱鏡位于所述激光器的輸出光路上，所述普通分光棱鏡的分光面與所述普通分光棱鏡的輸出光路夾角為45°，所述激光器輸出光經(jīng)普通分光棱鏡分為呈90°夾角的參考光與測量光，所述參考光方向上設有將參考光原路反射回的參考反射鏡，所述測量光方向上設有將測量光原路反射回的測量反射鏡，所述測量反射鏡與振動物體固定并隨所述振動物體移動，所述反射回的參考光和測量光經(jīng)普通分光棱鏡匯集形成總干涉光，其特征在于所述總干涉光方向設有將總干涉光分成偏振方向正交的兩個支路干涉光的偏振分光裝置，所述兩個支路干涉光光路上分別設有光電接收器。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種振動校準用激光干涉儀，其特征在于所述偏振分光裝置為偏振分光器。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種振動校準用激光干涉儀，其特征在于所述偏振分光器為偏振分光棱鏡。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種振動校準用激光干涉儀，其特征在于所述激光器輸出光路為水平方向，所述經(jīng)過普通分光棱鏡分出的參考光為鉛垂方向，所述測量光為水平方向，所述參考反射鏡鏡面為水平方向，測量反射鏡鏡面為鉛垂方向，所述總干涉光為鉛垂方向，所述兩個支路干涉光光路分別為鉛垂方向和水平方向。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種振動校準用激光干涉儀，其特征在于所述兩個支路干涉光分別與能夠將正交偏振的兩路干涉光光信號轉換為相位相差90°的第一光電接收器和第二光電接收器連接。
6.根據(jù)權利要求1或2或3或4或5所述的一種振動校準用激光干涉儀，其特征在于所述激光器為單頻激光器。
專利摘要本實用新型公開了一種振動校準用激光干涉儀，包括激光器和普通分光棱鏡，普通分光棱鏡位于激光器的輸出光路上，普通分光棱鏡的分光面與普通分光棱鏡的輸出光路夾角為45°，激光器輸出光分為呈90°夾角的參考光與測量光，參考光方向上設有參考反射鏡，測量光方向上設有測量反射鏡，測量反射鏡與振動物體固定并隨振動物體移動，參考光和測量光經(jīng)普通分光棱鏡匯集形成總干涉光，總干涉光方向設有將總干涉光分成偏振方向正交的兩個支路干涉光的偏振分光裝置，兩個支路干涉光光路上分別設有光電接收器。本實用新型的激光干涉儀能夠擴展振動傳感器靈敏度的測量范圍、滿足振動傳感器靈敏度相移測量的光學要求、準確測量振動傳感器靈敏度相移。
文檔編號G01H17/00GK201540156SQ20092016784
公開日2010年8月4日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權日2009年7月30日
發(fā)明者左愛斌, 于梅, 劉愛東, 楊麗峰, 馬明德 申請人:中國計量科學研究院