Page 59 - 无损检测2022年第十期

无损检测新技术发展与应用专题

DOI : 10.11973 / ws j c202210006

基于共线光外差干涉的微振动检测

程俊伟 , 张志伟 1 , 2 , 韩建宁 , 韩香伶 , 史瑞忠 1
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( 1. 中北大学 信息与通信工程学院, 太原 030051 ; 2. 中北大学 电子测试技术重点实验室, 太原 030051 )

摘 要:为了实现对纳米级微振动的高精度测量, 在传统光外差干涉系统的基础上, 设计了一

种新型共线光外差干涉系统。该系统利用双声光调制器设计成结构对称的双光路, 大幅削弱了环
境噪声的干扰; 在声光调制器后加入精密光阑滤除杂散光, 消除了光学噪声; 在测量光路中使用法
拉第旋光器改变光的偏振态, 既减少了光学器件, 也使光路更易于调节。采用压电陶瓷模拟振动进
行验证试验, 试验结果表明, 两路探测信号的幅值分别为936mV 和1.1V , 相比传统的外差干涉测

量信号幅值提高约 15 倍, 其频率均为 30.12MHz , 信号波形稳定且无失真, 抗噪性能大幅提升, 系

统分辨率为 2.1nm 。
关键词:共线光外差干涉; 双光路; 双声光调制器; 微振动检测

中图分类号: TN247 ; TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 10-0025-04

Micro-vibrationdetectionbasedoncollinearo p ticalheterod y neinterference

,
1
1 , 2
1
CHENGJunwei , ZHANGZhiwei , HANJiannin g 1 , HANXian g lin g SHIRuizhon g 1

( 1.SchoolofInformationandCommunicationEn g ineerin g , NorthUniversit yofChina , Tai y uan030051 , China ;

2.Ke yLaborator yofElectronicTestin gTechnolo gy , NorthUniversit yofChina , Tai y uan030051 , China )

Abstract : Inordertorealizethehi g h- p recision measurementofnanoscale micro-vibration , anew t yp eof

collinearo p ticalheterod y neinterferences y stemisdesi g nedbasedonthetraditionalo p ticalheterod y neinterference

s y stem.Thes y mmetricaldualo p tical p athisdesi g nedb yusin gdualacousto p ticmodulator , whichg reatl yreduces

theinterferenceofenvironmentalnoise.Ap recisiondia p hra g misaddedbehindtheacoustoo p ticmodulatortofilter

outstra y li g htandeliminateo p ticalnoise.TheFarada yp olarimeterisusedtochan g ethep olarizationstateofthe

li g htinmeasurin g theo p tical p ath , whichnotonl y reducestheo p ticalcom p onents , butalsomakestheo p tical p ath

easiertoad j ust.Theex p erimentalverificationiscarriedoutb ysimulatin gvibrationofp iezoelectricceramics.The

ex p erimentalresultsshowthattheam p litudesofthetwodetectionsi g nalsare936mVand1.1Vres p ectivel y , which

isabout15timeshi g herthanthatofthetraditionalheterod y neinterferometr y , andthefre q uenc y is 30.12 MHz.

Thesi g nalwaveformisstableandofnodistortion , andtheanti-noisep erformanceisg reatl yim p roved , andthe

s y stemresolutionis2.1nm.

Ke ywords : collinearo p ticalheterod y neinterference ; doubleo p ticalp ath ; doubleacousto-o p tic modulator ;

micro-vibrationdetection
微振动可以反映物体的多种特性参数, 为了获得 目标的振动信息, 需对其进行精准的测量。振动测量
方式一般分为接触式测量与非接触式测量两种 [ 1 ] , 其
中非接触式测量相比接触式测量的优势在于不会对
收稿日期: 2022-05-17
基金项目: 山西省自然科学基金( 201701D121060 ); 山西省基础 目标的振动状态产生影响。非接触式的光学测量方
研究计划( 202103021224201 )
法有干涉法 [ 2 ] 、 激光多普勒技术 [ 3 ] 、 光散斑法 [ 4 ] 和光
作者简介: 程俊伟( 1997- ), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为光
全息技术 [ 5 ] 等。激光外差干涉检测技术作为干涉法
电检测技术和信号与图像处理技术
通信作者: 张志伟( 1964- ), 男, 博士, 教授, 研究方向为光电检 的一种, 具有检测精确度高、 动态响应速度快、 灵敏度
高以及非接触式检测等优势 [ 6 ] , 相比其他干涉技术应
测理论与技术和信号与图像处理技术, zhan g zwei@nuc.edu.cn
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2022 年 第 44 卷 第 10 期
无损检测