激光測振儀原理

激光測振儀是目前能夠獲取位移和速度分辨率的最佳測量方法。它能實現皮米級的振幅分辨率，線性度高，在極高頻率范圍內（當前已超過 1GHz）仍能確保振幅的一致性。這些特性不受測量距離影響，因此，無論是近距離的顯微測試還是超遠距離測試，該原理均適用。系統采用激光作為探測手段，完全無附加質量影響，具有非侵入性，從而能夠在極小和極輕質的結構上進行測量。這種無與倫比的技術優勢加上堅固的設計，無論是實驗室還是戶外均能得到很好的應用。

多普勒效應：

如果波被運動物體反射并被儀器檢測到，則所測量到的頻移可以描述為：
fD = 2· v/λ
其中，v 是物體速度，λ 是入射波波長。反過來，為了能確定對象速度，需要在已知波長的情況下測量（多普勒）頻移，這正是通過 LDV 中的激光干涉儀來完成。

光學干涉：

激光多普勒測振儀以光學干涉為基礎，即，本質上要求兩個相干光束進行疊加，其各自的光強分別為 I1 和I2。兩個光束的總強度不是簡單的單個強度的求和，而是根據下列公式得出：
Itot = I1 + I2 + 2 √(I1 I2) cos [2π(r1 - r2)/λ]。

該干涉項與兩個光束之間的路徑差相關。如果該差值是光波長的整數倍，則總強度是單個光強的四倍。 

上圖顯示了這種物理定律在激光測振儀中如何實現。

光束分離器 (BS 1) 將激光束分成參考光束和測量光束。在通過第二個光束分離器 (BS2) 后，測量光束聚焦到樣本上，并進行反射。該反射光束由 BS 2 向下偏轉，然后與參考光束合并到檢測器上。

由于參考光束的光路為常數 (r2 = const.)（除干涉儀上可忽略的熱效應之外），樣本移動 (r1 = r(t))會在檢測器上產生亮/暗條紋，這是一種典型的干涉法。檢測器上的一個完整的亮/暗周期條紋正好與所用激光的半個波長的位移量相對應。這在激光測振儀經常使用的氦氖激光的情況下，對應于 316nm 的位移。

每單位時間的光程改變表現為測量光束的多普勒頻移。在計量方面，意味著多普勒頻移直接與樣本振動速度成正比。由于遠離干涉儀的物體運動所產生的明暗條紋（和調制頻率）與物體朝向干涉儀移動所產生的相同，因此僅這種設置無法明確物體移動的方向。鑒于此，將光頻移典型值為40MHz的聲光調制器放置在參考光束中（出于比較目的，激光頻率為4.74·1014Hz）。當樣本處于靜態時，將產生40MHz的典型干涉調制頻率。因此，當樣本朝干涉儀移動時，調制頻率會增加；當樣本遠離干涉儀移動時，則檢測器接收到的頻率則小于40MHz。這意味著，如今不僅能精確檢測光程長度，還能檢測出運動方向。

位移或速度測量：

原理上， 除可以直接測量出振動速度外，激光測振儀還可直接測量出位移量。不過不是通過對速度進行積分，而是通過對激光測振儀檢測器上的亮/暗條紋進行計數來得出位移量。使用合適的插值技術，我們的激光測振儀的位移分辨率可達2nm，而在采用數字解調技術后，位移分辨率可達pm級。這種位移解調技術尤其適用于低頻測量（在亞Hz范圍內）。速度解調更適用于高頻場合，因為諧波振動的最大振幅可以表示如下：
v = 2π ? f ? s
隨著頻率的增加，振動速度增加，振動位移則減小。