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激光干涉仪原理

发布时间:2020-09-04 01:40 作者:6UP

  导读:激光干涉仪是用于测量位移的长度测量工具,常用在机床测量,它是如何进行测量长度的呢?它的工作原理又是什么,本文将讲述激光干涉仪的原理。感兴趣的童鞋快来看看吧。

  激光具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。常用来测量长度的干涉仪。以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统(见激光测长技术)测量位移的通用长度测量工具。

  激光干涉仪有单频的和双频的两种。单频的是在20世纪60年代中期出现的,最初用于检定基准线纹尺,后又用于在计量室中精密测长。双频激光干涉仪是1970年出现的,它适宜在车间中使用。激光干涉仪在极接近标准状态(温度为20℃、大气压力为101325帕、相对湿度59%、C O2含量0.03%)下的测量精确度很高,可达1×10-7。

  激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作,并可作为精密工具机或测量仪器的校正工作。

  如下图,单频激光干涉仪的工作原理:从激光器发出的光束,经扩束准直后由分光镜分为两路,并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时,干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号,经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数,再由电子计算机按计算式

  算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪时,要求周围大气处于稳定状态,各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。

  如下图,双频激光干涉仪的工作原理:在氦氖激光器上,加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼分裂效应和频率牵引效应,激光器产生1和2两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光。经1/4波片后成为两个互相垂直的线偏振光,再经分光镜分为两路:

  一路经偏振分光镜后又分为两路:一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅含有f2的光束。

  当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射后成为含有f2 f的光束,f是可动反射镜移动时因多普勒效应产生的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提出的,即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。

  这路光束和由固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-(f2f)的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有f的电脉冲信号。经可逆计数器计数后,由电子计算机进行当量换算(乘 1/2激光波长)后即可得出可动反射镜的位移量。双频激光干涉仪是应用频率变化来测量位移的,这种位移信息载于f1和f2的频差上,对由光强变化引起的直流电平变化不敏感,所以抗干扰能力强。

  它常用于检定测长机、三坐标测量机、光刻机和加工中心等的坐标精度,也可用作测长机、高精度三坐标测量机等的测量系统。利用相应附件,还可进行高精度直线度测量、平面度测量和小角度测量。

  Ⅰ:位置精度的检测及其自动补偿 可检测数控机床定位精度、重复定位精度、微量位移精度等。

  Ⅱ:双轴定位精度的检测及其自动补偿 雷尼绍双激光干涉仪系统可同步测量大型龙门移动式数控机床,由双伺服驱动某一轴向运动的定位精度,而且还能通过RS232接口,自动对两轴线性误差分别进行补偿。

  Ⅲ:数控机床动态性能检测 利用RENISHAW动态特性测量与评估软件,可用激光干涉仪进行机床振动测试与分析(FFT),滚珠丝杠的动态特性分析,伺服驱动系统的响应特性分析,导轨的动态特性(低速爬行)分析等。

  Ⅳ:几何精度检测 可用于检测直线度、垂直度、俯仰与偏摆、平面度、平行度等。

  总结:激光干涉仪有单频激光干涉仪和双频激光干涉仪两种,其中单频激光干涉仪是通过发射激光束,有固定的波长,折返的激光束将光信号转化为脉冲信号,计算折返的脉冲总数,通过计算得知位移距离,等长度的测量。


6UP
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