双光栅测量微弱振动

实验简介实验目的实验原理实验仪器实验内容注意事项数据处理实验4.1双光栅测量微弱振动位移量实验简介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广泛的应用。实验目的•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•学会使用精确测量微弱振动位移的一种方法•应用双光栅微弱振动测量仪测量音叉振动的微振幅实验原理1.位移光栅的多普勒频移激光从一静止光栅出射时，光波的电矢量方程为：激光从移动光栅出射时，光波电矢量变为：移动的光栅相对于静止的光栅，它的k级衍射波有一个多普勒频移E=E0COSω0tE=E0COS[ω0t+Δφ(t)]=E0COS[(ω0+kωd)t]Δωk=kωdv+2级（ω0+2ωd）+1级（ω0+ωd）ω00级（ω0）-1级（ω0－ωd）-2级（ω0－2ωd）图4-1-3移动光栅的多普勒频移实验原理2.光拍的获得与检测已频移和未频移的平行光束迭加，形成光拍。拍频较低，容易测得，通过拍频即可检测出多普勒频移量。vω0+ωdω0（光束1）ω0+ωd（光束2）ω0－ωdω0ω0ω0+ωdω0－ωdBAω0ω0－ωd图4-1-4k级衍射光波的多普勒频移图4-1-5频差较小的二列光波迭加形成“拍”实验原理3．微弱振动位移量的检测拍频和光频无关，正比于光栅移动速度vA微弱振动的位移振幅/2/2/2000111()22n2TTTFAvtdtFn拍拍只要测得拍频波的个数，就可得到微弱振动的位移振幅4．拍频波个数的计算方法波形数=整数波形数+波的首数和尾数中满1/2或1/4或3/4个波形分数部分+0101360sin360sinba实验仪器FB505型双光栅微弱振动测量仪、双踪示波器123456789101112FB505型双光栅微弱振动测量仪mV激光器功率调节耳机插孔Y1功率调节显示Y2HzX频率粗调频率细调功率调节频率调节显示信号发生器：120~950Hz，0.1Hz微调，0~650mW输出激光器：λ=635nm,0~30mW频率计：(1~999.9)±0.1Hz音叉谐振频率：500Hz实验内容1．将示波器上的Y1、Y2、X和FB505型双光栅微弱振动测量仪Y1、Y2、X的插孔对接2．几何光路调整3．音叉谐振调节观察示波器的波形直到有很漂亮的拍频波为至示波器上看到的T/2内的光拍的个数为15个左右4．测出外力驱动音叉时的谐振曲线【预习思考题】1．如何判断动光栅和静光栅已平行2．作外力驱动音叉谐振曲线时，为什么要固定信号的功率？3．测量微振动位移的灵敏度是多少？制作：黄勇武汉理工大学物理实验中心