四通道高分辨率外差干涉的性能测试.doc

四通道高分辨率外差干涉的性能测试摘要：研究复杂振动时，如果不能在较长的一段时间保证一个处理对象的振动特性稳定，则需要同时测量几个点。每个点的振幅和相位都需要被测量以获得完整的振动特性。引入双折射分束器作为一种高效的光束相乘的方法创建一个单一激光源并行的四外差干涉系统。讨论仪器的设计和性能特点（分辨率，串扰）。系统显示了夹在电驱动板外缘的振动模式的运行。背景：用一个多光束干涉仪可以同时对不同的对象点进行振动测量。这样的仪器非常适合研究不稳定的对象。经论证，使用模拟FM调解的单一激光源的外差干涉仪与市售的单光束测振系统效果一样好。问题：仅对两个独立的测量点进行测试通常不能充分收集足够的复杂运动的信息。因此，需同时测量多个点也需测量复杂的三维运动。解决方案：基于双折射分束器的单一激光源产生四个测量光束。原则上，激光能量呗保存在这样的分束器，分束器的旋转允许透射光束的相对强度被调整到0和1之间的任何比例。透射光束是成对的正交偏振，允许具有相同偏振的光束之间的干涉。执行思路：首先研究四光束系统的设计和性能特征，然后进行一些振动盘上的测量。1. 四光束外差干涉仪设计我们保持双光束系统的速度信号的检测和处理，显然需要并行处理四个信号。该对象是在一个已知的频率下激发，其振动响应的测量是通过检测每个外差载波信号的多普勒频移实现的。模拟FM调解器通过复用的A/D转换器将频移转换成电压。驱动信号作为干涉仪信号的幅度和相位的参考信号，同样被送入A/D进行转换。2. 系统性能：速度分辨率和串扰速度噪声水平决定系统的分辨率。测量驱动信号频率周围的频带的每个测量光束的速度噪声水平。在实验中，改变测量的带宽，可以发现驱动频率的噪声水平是相互独立的，各测量光束中噪声水平几乎是相等的。因此，我们使用在整个频率范围内的所有的噪声水平的平均值作为该系统的噪声水平在一个特定带宽的估计值。当测试通道分离，要消除非干涉仪造成的串扰。本实验关注的重点是不同测量点之间的间接声学耦合。我们使用不同的对象和不同的悬浮液，尽可能的抑制声学耦合。3. 示例：振动铜盘四光束测速仪被夹紧在直径为23.8mm，厚度为0.31mm的压电电励磁盘上测试，后面有一个高度为4.8毫米的空气腔。我们测得频率在100到30kHz之间的正弦驱动信号的振动响应。四个测量点大致均匀间隔的沿着一条直线，一个点在圆盘中心的左侧，剩余的三个点在圆盘中心的另一侧。3.1在一个单一对象位置的驱动信号的频率响应3.2不同对象角度作为频率的振动响应函数3.3被迫振动模式3.3.1激发频率为14217Hz 驻波3.3.2激发频率为9717Hz 行波4. 结论我们已经报了四光束外差激光测速的性能特点，并得到其在每个测量通道的分辨率等于 ，这几乎和市售的单通道系统分辨率一样好。通道分离的测量结果比65dB的独立光束的偏振状态和驱动频率结果要好。因此，串扰小于在其他通道中信号的1%。夹在盘的边缘的表面位移的测量显示大部分频率在120和30kHz之间，振动模式对应于一个二维驻波。在两个窄的频率范围内