激光干涉仪在速度校准中的应用

　　20 世纪60 年代以来，由于激光的出现、隔振条件的改善及电子与计算机技术的成熟，使干涉测量技术得到了长足发展。干涉测量技术大都是非接触测量，具有很高的测量灵敏度和准确度。其应用范围十分广泛，可用于位移、长度、角度、平面度、直线度、介质折射率的变化及动态等方面的测量。在测量技术中，常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪、马赫-泽德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼-格林干涉仪等;20 世纪 70 年代以后，抗环境干扰的外差干涉仪(交流干涉仪)发展迅速，如双频激光干涉仪等;近年来，光纤干涉仪的出现使干涉仪结构更加简单、紧凑，干涉仪性能也更加稳定[1]。

　　随着激光干涉技术的发展，不少学者将其应用于高精度速度测量，其应用领域涉及科研、军事和生产等领域，例如用激光干涉仪来测量炸药圆筒试验[2,3]，测量自由面速度[4]，研究火炮弹道[5]，机床误差检测等[6]。本文将结合激光测速原理，并介绍流速检定车速度校准、剃须刀线测试仪校准的典型实例，来探讨利用激光干涉测速技术的应用。

　　1 激光干涉测速原理

　　干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行“增量法”测量的一门技术，它把目标反射镜与被测对象固联，参考反射镜固定不动，当目标反射镜随被测对象移动时，两路光束的光程差即发生变化，干涉条纹也将发生明暗交替变化。通过光电探测器，检测干涉条纹变化的周期数，便可确定被测距离。进一步，对被测物体进行两次特定时间间隔的激光干涉测距，取得在该时段内被测物体的移动距离，再按此时间间隔取平均值就是物体的平均运动速度，当时间间隔足够小时，可近似认为是瞬时速度。首先需要对激光干涉测距原理作一介绍，它主要是以波长作为标准来对被测长度进行度量。大多数现代位移干涉仪都使用氦氖(HeNe)激光管，这些激光管具有633nm 的波长输出。如图1 所示，当高压连接在阳极和阴极之间时，混合气体被激发，形成激光光束，当激光光束在两个反射镜之间来回共振时激光光强被放大，一些光透射出阳极反射镜，成为输出激光光束。

　　从激光头射出的光波有三个关键特性：1)波长精确已知，能够实现精确测量;2)波长很短，能够实现精密测量或高分辨率测量;3)所有光波均为同相，能够实现干涉条纹。输出激光可被视为正弦光波，其包含两种正交模式，这两种模式具有相近的频率但处于垂直极化状态。两种模式的光强用光敏二极管测量，通过加热器控制激光管长度来实现平衡，使激光稳频精度保持在±0.05μm/m 以内，激光实现稳定输出后，即可用于进行干涉测量。