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《用激光雙光柵法測量微小位移的實驗研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、第32卷第3期2012年6月===^====上僥師范手院學報JOURNALOFSHANGRAONORMALUNIVERSITYVoL32,No?3Jun.2012用激光雙光柵法測量微小位移的實驗研究楊靜1,陳曉花1,潘晨2(1.上饒師院學院，江西上饒334001;2.武漢大學經(jīng)濟管理學院，湖北武漢430072)摘要：衣文介紹了激光雙光柵法測量做小位移的原理及方法，研究了音叉頻率、功率、振幅三者之間的關系，分析了音叉諧振曲線的規(guī)律性，討論了改變音叉有效質(zhì)童對諧振曲線彬響。關鍵詞：雙光柵；諧振曲線；有效質(zhì)量；多普勒頻移；光拍中圖分類號:0426.3文獻
2、標識碼：A文章編號2237(20⑵03-0(M2?07DOI:10.3969/j.issn.1004-2237.2012.03.0091引言隨著光學在近現(xiàn)代突飛猛進的發(fā)展，光學的波動理論發(fā)揮了更大的作用，與新現(xiàn)象、新理論、新儀器的結合，促使許多產(chǎn)業(yè)領域發(fā)生革命性的變化。在實際生產(chǎn)和工程設計過程中,機器零件和建筑物的微弱振動通常是設計人員必須加以考慮的因素。這些微弱振動的振幅大小和頻率高低,直接關系到生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，要對這些微弱振動進行檢測，以保證產(chǎn)品達到工程技術標準要求。一種利用光的多普勒頻移形成光拍原理制成的儀器,正好可以解決這一問題。該實
3、驗根據(jù)多普勒效應U⑵精確測定微振動位移⑶。文獻⑷光柵法測量微小位移進行了研究。通過理論分析和計算機模擬方法，對激光雙光柵法測微小位移實驗中出現(xiàn)的不規(guī)則光拍信號波形，即“毛刺”現(xiàn)象進行討論，提出了改進雙光柵微振動實驗的方法，并獲得了好的結果。本文將研究音叉頻率、功率、振幅三者之間的關系，作出了幾種情況下的諧振曲線,分析了音叉諧振曲線的規(guī)律性，討論了改變音叉有效質(zhì)量對諧振曲線影響。2激光雙光柵法測量微小位移的原理和方法2.1位相光柵的多普勒頻移當激光平面波垂直入射到位相光柵時，由于位相光柵上不同的光密和光疏媒質(zhì)部分對光波的位相延遲作用,使入射的平面波變
4、成出射時的摺曲波陣面，見圖1,由于衍射干涉作用,在遠場，滿足光柵方程：dsinfl=nA.(1)式中d為光柵常數(shù),8為衍射角，入為光波波長。收稿日期:2012-04?12作者簡介:楊11(1974-).女?江西玉山人■上饒師范學院物理系講師?主耍研究方向為物理實驗。位相光柵出射摺曲波陣面圖1然而，如果光柵在y方向以速度v移動著，則出射波陣面也以速度v在y方向移動。從而在不同時刻對應于同一級的衍射光線，它的波陣面上發(fā)出的點，在y方向也有一個vt的位移量，見圖2O這個位移童相應于光波位相的變化量為△0(t):+2level,wo+2yvd+7level
5、,wo+m0level,wo-7level,wo-昭-2level,wo-2wd⑵⑶⑷⑸△0(t)=竽=竽vtsinflAA⑴代入⑵:△0(t)=~vt坐=n2,n~jt=ncuat式中u)d=27r-Jo現(xiàn)把光波寫成如下形式：E=&exp[i(ox)t+△0(t))]=Eoexpli(ojQ+na)a)t(可見，移動的位相光柵的n級衍射光波，相對于靜止的位相光柵有一個：CUa=(￡10+Nct>d的多普勒頻率，如圖3所示2.2光拍的獲得與檢測光頻率甚高,為了要從光頻5中檢測出多普勒頻移量，必須采用“拍”的方法。即要把已頻移的和未頻移的光束互相平行
6、迭加，以形成光拍。本實驗形成光拍的方法是采用完全相同的光柵平行緊貼，光柵B靜止，另一片光柵A相對移動。激光通過雙光柵后所形成的衍射光，即為兩種以上光束的平行迭加。如圖4所示，光柵A按速度vA移動起頻移作用,而光柵B靜止不動只起衍射作用。故通過雙光柵后出射的衍射光包含了兩種以上不同頻率而又平行的光束，由于雙光柵緊貼,激光束具有一定寬度，故該光束能平行迭加,這樣直接而又簡單地形成了光拍。當此光拍訊號進入光電檢測器，由于檢測器的平方律檢波性質(zhì),其輸出光電流可由下述關系求得:光束l：Ej=Eiocos(cuot+7、qo+G)d)t+8、/nun。2.3微弱振動位移■的檢測從(7)式可知,F拍與光頻率5無關，且當光柵密度珂為常數(shù)時，只正比于光柵移動速度va,
