[发明专利]激光单缝-单光栅测量物体微振动振幅的装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量物体微振动振幅的装置，具体属于一种激光单缝-单光栅测量物体微振动振幅的装置。 

背景技术

激光双光栅法测量物体微振动幅度是根据多普勒效应通过双光栅形成光拍的原理来精确测定微小振幅,该实验需要对双光栅的平行度做严格的调整,需要将俩光栅间距做合适的调整。另外对激光的功率和信号源的频率也需要进行调整，否则，很难调出理想的信号波形。有时，信号波形会出现“毛刺”现象。这样对精确测量会带来一些误差。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、容易调整、灵敏度高的激光单缝-单光栅测量物体微振动振幅的装置。 

本发明提供的一种激光单缝-单光栅测量物体微振动振幅的装置，包括半导体激光器、单缝和单光栅，它们依次共轴设置；单缝的缝宽为0.5-1.5mm（优选0.8-1.2mm），单缝与单光栅平行且它们之间的距离为1-5mm（优选3mm），单光栅与振动物体固定在一起，使振动物体的振动方向与单光栅的栅线垂直，且和栅线所在的平面平行；光电探头用于接收通过单光栅的衍射光（优选0级、﹢1级或﹣1级衍射光），光电探头与示波器连接。 

测量时：激光器发出的平行光束通过单缝衍射后照射在单光栅上，通过单光栅的光线再次发生衍射，此衍射光是单缝与单光栅两者衍射光的叠加，将叠加后的衍射光（优选0级、﹢1级或﹣1级衍射光）照射在光电探头上，光电探头接收到的光电流信号显示在示波器上；被测物体振动时，在示波器上就可以显示出波形，根据此波形就可以确定物体振动的振幅。 

振动光栅不同条纹与静止单缝产生的相应级次之间衍射条纹形成拍频，通过对拍频信号波形特征的分析,我们就可以测得振动光栅的振动幅度。 

设两束光分别为： 

叠加后的光电流为： 

其中ξ为光电转换系数。ω₀为激光源原有频率，ω_a＝ω₀+ω_d为光发生多普勒频移。 与 为初相位。电动音叉以余弦形式作微小振动： 

我们知道光电检测器不能检测出光频信号，故在上式中只有第4项可被转换为电信号输出。这样电流为： 

通过计算半个周期内拍频中的波数就可得到微振动的振幅： 

其中A为振动物体振幅，T为周期， 为光拍频率， 表示T/2内波的个数；光栅3的光栅常数n₀可以是1/50mm，1/100mm，1/300mm，或1/600mm等。 

本发明激光单缝-单光栅测量物体微振动振幅的装置，克服了现有激光双光栅法测量微振动调整方面的诸多问题，更为简便快捷、测量范围大、波形理想。它是测量微振动的周期、频率与振幅较好的一种装置，在物理振动实验、军工等领域有广泛的应用前景。 

附图说明:

图1本发明一种激光单缝-单光栅测量物体微振动振幅装置示意图，图中：1-半导体激光器，2-单缝，3-单光栅，4振动物体，5-光电探头，6-示波器。 

图2与图3显示的是频率均为102Hz的音叉在不同力度下的拍频波形图。 

具体实施方式

如图1所示的一种激光单缝-单光栅测量物体微振动振幅的装置，包括功率为3mw的半导体激光器1、单缝2和单光栅3，它们依次共轴设置，单缝2的缝宽为1mm，单光栅3的光栅常数：d=1/100mm，单缝2与单光栅3之间的距离为3mm，单缝2与单光栅3的栅线平行，谐振频率102Hz的音叉4固定在单光栅3上，使音叉4的振动方向与单光栅3的栅线垂直，且和栅线所在的平面平行；用激光光电探头5接收通过单光栅3的0级衍射光，激光光电探头5与示波器6连接。 

测量时：激光器1发出的平行光束通过单缝2衍射后照射在单光栅3上，通过单光栅3的光线再次发生衍射，此衍射光是单缝2与单光栅3两者衍射光的叠加，将叠加后的衍射光 （0级）照射在光电探头5上，光电探头5接收到的光电流信号显示在示波器5上；被测物体振动时，在示波器5上显示出波形（如图2），根据此波形就可以确定物体振动的振幅。 

由图2可知T/2内波的个数即 根据公式： 

即可计算出音叉的振幅A。 

本发明优选实施方式：将叠加后的衍射光（选用﹢1级或﹣1级）照射在光电探头5上，其它同图1所示的实施方式。 

图2与图3显示的是频率均为102Hz的音叉在不同力度下的拍频波形图。