外差式激光干涉振动一次校准

　　1　零差式激光干涉振动一次校准

　　依据ISO 16063-11 (1999年修订版)[1]零差式激光干涉振动量值的一次(绝对)校准已从原ISO5347-1规定的2种方法扩充为3种,校准频率范围也由原20 Hz~5 kHz扩展为1 Hz~10 kHz[1]。更重要的是通过第三种校准方法的引入,使得原来只能复现和传递诸如位移d、速度v、加速度a与加速度灵敏度Sa等振动量值延伸到还可复现和传递振动位移初相角φs、加速度初相角φa与加速度灵敏度相移Δφ等[1]。

　　1·1　零差式正弦逼近法激光干涉振动一次校准

　　按照ISO 16063-11,激光干涉振动一次校准依频率范围与加速度动态范围的不同,其校准方法分为:(1)条纹计数法(Fringe-countingmethod);(2)最小点法(Minimum-point method)和(3)正弦逼近法(Sine-approximation method)。方法(1)和(2)在ISO5347-1中已有定义,并付诸实施多年。经修改后,ISO16063-11主要是将条纹计数法的校准频率范围从原来的(20~800) Hz扩展为(1~800) Hz,将最小点法的校准频率范围从原800 Hz~5 kHz扩展为800 Hz~10 kHz,而第三种正弦逼近法,则是ISO16063-11推出的一种新的激光干涉振动一次校准方法,其特点是:

　　(a)校准频率范围为1 Hz~10 kHz,若使用适当的低频振动发生器,其校准频率甚至可以低于1Hz[1]。而在PTB加速度实验室,其正弦激励校准频率范围则已扩展到0·1 Hz~20 kHz[2];

　　(b)动态校准范围为(0·1 ~1 000) m/s2,若使用适当的低频振动发生器,其动态校准范围在低端还可以小于0·1 m/s2[1];

　　(c)正弦逼近法与上述(1)、(2)两种校准方法的根本区别是,它不仅可以复现和校准直线运动的振动量值(如加速度a、加速度灵敏度Sa等),而且可以复现和校准加速度初相角φa和加速度灵敏度相移Δφ等,这就为全面获知振动传感器的动态特性,以及精确分析振动运动状态提供了客观条件。正弦逼近法之所以有这一特点,是使用了不同的激光干涉器。

　　按照ISO 16063-11,条纹计数法与最小点法所使用的激光干涉器为基于零差法的普通迈克耳孙激光干涉器,其基本干涉光路原理如图1所示。而正弦逼近法所采用的激光干涉器虽然也基于零差法,但由于调整后的迈克耳孙干涉器在干涉光路前使用了偏光镜,在干涉光路后又使用了Wollaston棱镜,致使产生干涉后的光束经Wollaston棱镜后分离为相角相差90°的两束光,最终经两个光电检测器分别输出两组电信号{u1(ti)}和{u2(ti)},这就为下面求解联立方程,获得加速度灵敏度Sa与其相移Δφ等值提供了数理基础。图2为干涉光路原理示意图。

　　1·2　正弦逼近法激光干涉振动一次校准参数获取