利用激光多普勒效应实现固体面内位移测量时,由于散射光的多普勒信号十分微弱,有时还出现淹没或不连续,影响位移测量精度.本文研究提高信号强度的途径,推导出在差动多普勒位移测量系统中,散射光多普勒信号强度与系统结构参数的关系,为测量系统结构设计提供理论依据.

本文提出了一种应用于激光多普勒离面位移测量系统的新型参考式光路结构，能够较好地完成产生多普勒频移和拾取该信号的功能，采用相位光栅作为光学混频元件，提高了测量的信噪比并充分利用光能。本文阐述了实现差拍应满足的条件及方法。实验表明，该光路结构能有效实现被测物的离面位移测量，并可获得高的测量精度。

为了利用激光多普勒效应实现远距离处固体面内位移测量,研究了激光多普勒差动方法和锁相放大、同态滤波等技术,设计出能获得大的多普勒信号强度的差动光路,高灵敏度、大Q值的锁相放大器和能重构丢失信号的同态滤波器等.实验结果证明将由它们所组成的系统用于50m处固体的面内位移测量,效果令人满意,其相对误差约1%.

为解决超低频、微小振动的高精度测量与装调间的矛盾,提出了一种新型的激光多普勒信号检波系统.该系统通过一运动光栅的衍射,得到约40.5%的测量光强,用另一光栅的衍射消除两束差动光间的夹角以及光波长对测量精度的影响;频移﹑混频分开进行,保证系统装调更方便准确;用1/4波片﹑渥拉斯顿棱镜等得到相位差90°的正余弦信号,实现位移方向识别.实验得出,该系统振动频率和振幅测量精度均为1%,可测频率范围可达到0.5-500Hz,可测振幅范围1μm-5mm.