[发明专利]一种基于声光调制的扫描激光测振仪

说明书

本发明公开的一种基于声光调制的扫描激光测振仪，属于非接触动态测量领域。本发明主要由激光器、分光棱镜、声光调制器、光阑、被测振动表面、参考反射镜、光电接收器组成。激光器出射光被分光棱镜分为参考光和测量光；测量光经声光调制器衍射、光阑选择后得到一级衍射光，照射到具有漫反射特性的被测振动表面，部分反射光原路返回后再次被声光调制器衍射，衍射后得到的一级衍射光与原测量光方向相反，被分光棱镜反射后与参考反射镜反射的参考光发生干涉；干涉信号被光电接收器接收。本发明通过对实时扫描，实现对整个被测对象表面的振动速度、加速度、位移等振动参数及其分布的测量，具有结构简单、体积小巧、扫描精度高、扫描速度快的优点。

技术领域

本发明涉及一种扫描激光测振仪，尤其涉及一种基于声光调制的扫描激光测振仪，属于非接触动态测量领域。

背景技术

激光测振仪因其非接触、高响应速度、高精度的特性，在精密机械、汽车制造领域应用广泛。

随着技术的发展，人们对振动体的振动分布越来越关心，要求测振仪能实现样品表面的扫描测量。Polytec发展了PSV-500系列扫描式激光测振仪，通过扫描振镜的转动实现测量光的摆动，扫描角度范围±20°，最快每秒测量30点。

利用扫描振镜实现扫描，存在体积较大、定位较差、扫描速度低的缺点。

发明内容

本发明公开的一种基于声光调制的扫描激光测振仪要解决的技术问题是：提供一种简单、能实现小范围扫描、扫描速度高的扫描测振干涉仪，通过对被测振动对象的实时扫描，实现对整个被测对象表面的振动速度、加速度、位移等振动参数及其分布的测量，具有结构简单、体积小巧、扫描定位精度高、扫描速度快的优点。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种基于声光调制的扫描激光测振仪，主要由激光器、分光棱镜、声光调制器、光阑、被测振动表面、参考反射镜、光电接收器组成。

激光器的出射光被分光棱镜分为参考光和测量光；测量光经声光调制器衍射、光阑选择后得到一级衍射光，一级衍射光照射到具有漫反射特性的被测振动表面，部分反射光原路返回后再次被声光调制器衍射，衍射后得到的一级衍射光与原测量光方向相反，被分光棱镜反射后与参考反射镜反射的参考光发生干涉。所述干涉信号被光电接收器接收，用于后续的信号处理系统。

声光调制器采用宽调制带宽的布拉格衍射型声光调制器，声光调制器驱动频率在标称频率的±75％范围内可调。

布拉格衍射型声光调制器的衍射角随声波频率而改变，所述声波频率即为驱动频率，因而通过改变驱动频率实现衍射光在小范围的偏摆调整。以声光调制器中心频率和对应的衍射角为基准，声光调制器一级衍射光衍射角变化量与驱动频率变化量间的关系为：

式中Δθ为相对中心频率衍射角的变化量，λ为光波波长，V为声速，Δf为相对中心频率的频率变化量。

上式表明在声光调制器的调制带宽范围内，衍射角的变化量与驱动频率变化量成正比。

本发明公开的一种基于声光调制的扫描激光测振仪的工作方法为：激光器的光被分光棱镜分为参考光和测量光；测量光经声光调制器衍射、光阑选择后得到一级衍射光，一级衍射光照射到具有漫反射特性的被测振动表面，部分反射光原路返回后再次被声光调制器衍射，衍射后得到的一级衍射光与原测量光方向相反，被分光棱镜反射后与参考反射镜反射的参考光发生干涉。所述干涉信号被光电接收器接收，用于后续的信号处理系统。根据衍射角的变化量与驱动频率变化量成正比的关系，通过调节声光调制器的驱动调率，实时改变衍射角的大小，从而实现测量光在被测振动表面多个点的扫描。不同衍射角度的测量光均与参考光路干涉，干涉信号的频率与振动对象的速度正比关系解调出速度，从而通过速度求取加速度和位移信息。