[其他]測量固體表面速度變化的光干涉儀

在審

• 申請號: 101985000004475
• 申請日: 1985-06-07
• 公開（公告）號: CN85104475B
• 公開（公告）日: 1988-09-21
• 發明（設計）人: 張仲先
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 代理公司: 浙江大學專利代理事務所
• 代理人: 陳禎祥

一種測量固體表面速度變化的光干涉儀。儀器中設置兩條長短不同的光路系統，光源發出的光分別經過它們，以時間差τ值先后射到被測表面，當它們從表面返回干涉系統時，應用光的偏振特性，使之各自經過與入射光路長短相反的路徑到達光電探測器，于是消除時間差τ而實現等光程干涉，干涉條紋的變化正比于表面速度的變化。測速變化范圍３ｍ／ｓ－１０００ｍ／ｓ，本發明具有量程大，成本低，使用方便的優點。

本發明屬于測量表面速度變化的儀器。

金屬片在爆炸時的表面速度，大功率超聲設備振子振動速度，空氣炮靶運動速度等均需精確測量。目前已研制成功的測量固體表面運動速度變化的光干涉方法主要有：

1.零差干涉測速法

干涉系統將光源發出的光分成參考光束和測量光束。參考光束射向固定參考鏡，經反射，光頻率保持不變，測量光束射向運動表面，經反射，光頻率產生多普勒頻移，兩束光干涉后產生拍頻信號。由信號檢測系統解調而求出物體表面運動速度的變化。此法檢測速度變化的范圍受光電探測器頻率響應、信號檢測系統頻響的限制。以He-Ne激光器為光源時，能探測的速度變化一般不超過3m/s，以CO₂激光器為光源時，不超過60m/s。能測量的速度變化范圍小。

2.外差干涉測速法

外差干涉測速法是零差法的改進。采用光頻調制技術（聲光、磁光、電光等方法），將一束頻率穩定的激光變成兩束具有固定頻率差的激光束，並分別用作參考光和測量光。干涉后得出載在固定頻率差之上的多普勒頻移信號。由于它是外差檢測技術，所以既可測漫反射表面速度變化，又可測速度變化正、負方向，但它測速度變化的范圍與零差法完全相同，因此用He-Ne激光器為光源時，一般只能測量小于3m/s的速度變化。

速度干涉儀

運動物體表面被光源直接照射，由于光學多普勒效應，使反射光或散射光的頻率（或波長）隨速度而變化。用兩臂長度不等的馬赫干涉儀接收反射或散射光，通過干涉條紋的變化便可求出表面速度的變化。由于它實質上是將干涉儀作高鑒別率光譜儀用，而干涉儀兩臂又不能做得很長，且過長將使光程差太大而降低干涉條紋對比度。因此此法限于測很大的速度變化，一般V＞200m/s-1000m/s。對光源的單色性和測量環境的穩定性要求很高。

4.多光束干涉測速法

此法與速度干涉儀法基本相同，只是利用法卜里-珀羅干涉儀代替馬赫干涉儀。缺點與速度干涉儀法相同。

5.差動激光多普勒干涉儀測速法

兩束頻率相同的激光同時以不同角度θ₁與θ₂射向運動表面，其反射或散射光由θ₃方向上的光電探測器接收。經干涉取出兩束光在θ₃方向上多普勒頻移之差，從而求出運動表面的速度。也可將θ₃方向作為入射方向，由光電探測器接收θ₁與θ₂方向的散射光，經干涉取出運動表面的速度變化。此法需要精確地調整及測定所有的方向角θ，且由于光路已固定，因此表面位移只能很小。測量對象限于大速度，小位移變化。

綜上所述，已有技術未能解決的問題有：

（1）不能用同一種方法測量3m/s-1000m/s速度變化，通用性差;

（2）對光源的單色性要求很高，所以只能用激光器作光源，成本高;

（3）對測量環境要求高，使用不便。

針對上述問題，本發明的任務是設計一種測量范圍大（能測3m/s-1000m/s的速度變化），通用性好，對光源單色性要求低，（可用白光光源加干涉濾光片或普通單色光源），成本低廉，使用方便。對測量環境要求不高的測量固體表面速度變化的光干涉儀。