Принцип измерения — лазерная виброметрия

Частота света, отраженного от движущегося объекта, изменяется пропорционально скорости объекта (эффект Доплера). Измерение этого изменения частоты с помощью интерферометра позволяет точно определить колебательное движение объекта.

Эффект Доплера

Последовательные гребни волн достигают датчика за меньшие (большие) интервалы времени, чем те, за которые они были испущены. Это явление изменения частоты известно как эффект Доплера. Акустический пример — видимое изменение высоты тона сирены машины скорой помощи, проезжающей мимо пешехода. Измеряемое изменение частоты Δf_c лазера с длиной волны λ_c предназначено для практических применений вибрации с высокой точностью, пропорциональной скорости v,

Δf_c = 2 v/λ_c

Виброметрия

Выявленное изменение частоты используется для получения скорости v(t) поверхности, от которой отражается лазерное излучение, а также смещения d(t) и ускорения a(t). В случае гармонической вибрации с частотой f и смещением d(t) = D sin(2π f t) амплитуды смещения, скорости и ускорения определяются формулой

A = 2π f V = 4π² f² D .

Интерферометр

Изменения частоты преобразуются с помощью интерферометра Маха — Цендера во временной ряд по интенсивности; частотный диапазон ряда которого доступен для дальнейшей электронной обработки. В интерферометре лазерный луч разделяется на опорный луч и измерительный луч. Отраженный от датчика свет интерферирует с опорным лучом. Интенсивность, регистрируемая в фотодатчике, содержит, помимо интенсивностей опорного луча I_c, и отраженное излечение I_v, вклад которого зависит от разницы в оптическом пути Δz,

I(t) = I_c + I_v + 2 (I_c I_v)^1/2 cos (2 π Δz(t)/λ) .

Гетеродинное считывание

Изменение интенсивности не зависит от того, приближается ли объект к виброметру или удаляется от него. Эта неоднозначность устраняется гетеродинированием. Если частота опорного луча изменяется на фиксированную величину f_b , интерференция обоих лучей для недвижущегося датчика приводит к синусоидальному изменению интенсивности с частотой f_b. Этот несущий сигнал ∝ cos (2 π f_b) модулируется движением объекта измерения. В зависимости от направления движения частота интенсивности смещается в сторону большей или меньшей частоты.модулируется движением объекта измерения. В зависимости от направления движения частота интенсивности смещается в сторону большей или меньшей частоты.

Демодуляция

Информацию о движении измеряемого объекта получают путем демодуляции из значений интенсивности. После преобразования в цифровой сигнал процессор обработки сигналов определяет перемещение и скорость объекта измерения в реальном времени. Демодуляция (часто также называемая декодированием) выполняется либо для Скорость, Смещение или ускорение.