双光栅微弱振动测量实验报告

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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划双光栅微弱振动测量实验报告　　大学物理实验预习报告　　1　　2　　3　　实验二十五双光栅测量微弱振动位移量　　精密测量在自动化控制的領域里一直扮演着重要的角色，其中光电测量因为有较佳的精密性与准确性，加上轻巧、无噪音等优点，在测量的应用上常被采用。作为一种把机械位移信号转化为光电信号的手段，光栅式位移测量技术在长度与角度的数字化测量、运动比较测量、数控机床、应力分析等领域得到了广泛的应用。　　多普勒频移物理特性的应用也非常广泛，如医学上的超声诊断仪、测量海水各层深度的海流速度和方向、

2、卫星导航定位系统、音乐中乐器的调音等。　　双光栅微弱振动测量仪在力学实验项目中用作音叉振动分析、微振幅(位移)、测量和光拍研究等。　　【实验目的】　　1.了解利用光的多普勒频移形成光拍的原理并用于测量光拍拍频；2.学会使用精确测量微弱振动位移的一种方法；　　3.应用双光栅微弱振动测量仪测量音叉振动的微振幅。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　【实验原理】　　1．位移光栅的多普勒频移　　多普勒

3、效应是指光源、接受器、传播介质或中间反射器之间的相对运动所引起的接收器接收到的光波频率与光源频率发生的变化，由此产生的频率变化称为多普勒频移。　　由于介质对光传播时有不同的相位延迟作用，对于两束相同的单色光，若初始时刻相位相同，经过相同的几何路径，但在不同折射率的介质中传播，出射时两光的位相则不相同。对于位相光栅，当激光平面波垂直入射时，由于位相光栅上不同的光密和光疏媒质部分对光波的位相延迟作用，使入射的平面波变成出射时的摺曲波阵面，见图1。　　激光平面波垂直入射到光栅，由于光栅上每缝自身的衍射作用和各缝之间的干涉，通过光栅后光的强度出现周期性的变化。在远场，我们可以用大家熟知的光栅衍射方程即

4、(1)式来表示主极大位置：　　dsin???k?k?0,1,2,???　　式中，整数k为主极大级数，d为　　光栅常数，?为衍射角，?为光波波图1出射的摺曲波阵面　　长。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　如果光栅在y方向以速度v移动，则从光栅出射的光的波阵面也以速度v在y方向移动。因此在不同时刻，对应于同一级的衍射光线，它从光栅出射时，在y方向也有一个vt的位移量，见图2。　　这个位移量相应

5、于出射光波位相的变化量为??(t)　　119　　??代入(2)得：　　??光电流：I??(E1?E2)2　　??{E10cos2(?0t??1)?E20cos2[(?0??d)t??2]　　?E10E20cos[(?0??d??0)t?(?2??1)]　　?E10E20cos[(?0??d??d)t?(?2??1)]}　　其中?为光电转换常数　　因光波频率?0甚高，在式第一、二、四项中，光电检测器无法反应，式第三项即为拍频信号，因为频率较低，光电检测器能作出相应的响应。其光电流为is??{E10E20cos[(?0??d??0)t?(?2??1)]}??{E10E20cos[?dt?(?2??

6、1)]}拍频F拍即为：F拍?　　22　　?dvA　　??vAn?(7)2?d　　1　　为光栅密度，本实验d　　图5频差较小的二列光波叠加形成“拍”　　其中n??目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　n???100条/mm。　　3、微弱振动位移量的检测　　从式可知，F拍与光频率?0无关，且当光栅密度n?为常数时，只正比于光栅移动速度　　vA，如果把光栅粘在音叉上，则vA是周期性变化的。所以光拍信

7、号频率F拍也是随时间而变化　　的，微弱振动的位移振幅为：　　T　　T　　11A??v(t)dt?　　202　　T?　　F拍　　激光器：??635nm，0~3mw　　信号发生器：100Hz~1000Hz，微调，0~500mw输出　　?频率计：　　音叉谐振频率：500Hz左右双光栅微弱振动测量仪面板结构见图8。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业