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《用激光雙光柵法測(cè)量微小位移的實(shí)驗(yàn)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、第32卷第3期2012年6月===^====上僥師范手院學(xué)報(bào)JOURNALOFSHANGRAONORMALUNIVERSITYVoL32,No?3Jun.2012用激光雙光柵法測(cè)量微小位移的實(shí)驗(yàn)研究楊靜1,陳曉花1,潘晨2(1.上饒師院學(xué)院，江西上饒334001;2.武漢大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖北武漢430072)摘要：衣文介紹了激光雙光柵法測(cè)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(guān)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(duì)諧振曲線彬響。關(guān)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(hào):0426.3文獻(xiàn)
2、標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)2237(20⑵03-0(M2?07DOI:10.3969/j.issn.1004-2237.2012.03.0091引言隨著光學(xué)在近現(xiàn)代突飛猛進(jìn)的發(fā)展，光學(xué)的波動(dòng)理論發(fā)揮了更大的作用，與新現(xiàn)象、新理論、新儀器的結(jié)合，促使許多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)生革命性的變化。在實(shí)際生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)過(guò)程中,機(jī)器零件和建筑物的微弱振動(dòng)通常是設(shè)計(jì)人員必須加以考慮的因素。這些微弱振動(dòng)的振幅大小和頻率高低,直接關(guān)系到生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，要對(duì)這些微弱振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，以保證產(chǎn)品達(dá)到工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(wèn)題。該實(shí)
3、驗(yàn)根據(jù)多普勒效應(yīng)U⑵精確測(cè)定微振動(dòng)位移⑶。文獻(xiàn)⑷光柵法測(cè)量微小位移進(jìn)行了研究。通過(guò)理論分析和計(jì)算機(jī)模擬方法，對(duì)激光雙光柵法測(cè)微小位移實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的不規(guī)則光拍信號(hào)波形，即“毛刺”現(xiàn)象進(jìn)行討論，提出了改進(jìn)雙光柵微振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的方法，并獲得了好的結(jié)果。本文將研究音叉頻率、功率、振幅三者之間的關(guān)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(duì)諧振曲線影響。2激光雙光柵法測(cè)量微小位移的原理和方法2.1位相光柵的多普勒頻移當(dāng)激光平面波垂直入射到位相光柵時(shí)，由于位相光柵上不同的光密和光疏媒質(zhì)部分對(duì)光波的位相延遲作用,使入射的平面波變
4、成出射時(shí)的摺曲波陣面，見(jiàn)圖1,由于衍射干涉作用,在遠(yuǎn)場(chǎng)，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(zhǎng)。收稿日期:2012-04?12作者簡(jiǎn)介:楊11(1974-).女?江西玉山人■上饒師范學(xué)院物理系講師?主耍研究方向?yàn)槲锢韺?shí)驗(yàn)。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(dòng)著，則出射波陣面也以速度v在y方向移動(dòng)。從而在不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)于同一級(jí)的衍射光線，它的波陣面上發(fā)出的點(diǎn)，在y方向也有一個(gè)vt的位移量，見(jiàn)圖2O這個(gè)位移童相應(yīng)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(xiě)成如下形式：E=&exp[i(ox)t+△0(t))]=Eoexpli(ojQ+na)a)t(可見(jiàn)，移動(dòng)的位相光柵的n級(jí)衍射光波，相對(duì)于靜止的位相光柵有一個(gè)：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(cè)光頻率甚高,為了要從光頻5中檢測(cè)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(shí)驗(yàn)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(duì)移動(dòng)。激光通過(guò)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(dòng)起頻移作用,而光柵B靜止不動(dòng)只起衍射作用。故通過(guò)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(jiǎn)單地形成了光拍。當(dāng)此光拍訊號(hào)進(jìn)入光電檢測(cè)器，由于檢測(cè)器的平方律檢波性質(zhì),其輸出光電流可由下述關(guān)系求得:光束l：Ej=Eiocos(cuot+7、qo+G)d)t+8、/nun。2.3微弱振動(dòng)位移■的檢測(cè)從(7)式可知,F拍與光頻率5無(wú)關(guān)，且當(dāng)光柵密度珂為常數(shù)時(shí)，只正比于光柵移動(dòng)速度va,
