双光栅测量微弱振动

制作：黄 勇
武汉理工大学物理实验中心
图4-1-4 k级衍射光波的多普勒频移 级衍射光波的多普勒频移
A
ω0
频差较小的二列光波迭加形成“ 图4-1-5频差较小的二列光波迭加形成“拍” 频差较小的二列光波迭加形成
实验原理
1 T /2 1 T /2 F拍 1 T /2 A = ∫ F拍 3．微弱振动位移量的检测 = ∫0 v(t)dt = ∫0 ． 2 2 nθ 2nθ 0
•学会使用精确测量微弱振动位移的一种方法 •应用双光栅微弱振动 测量仪测量音叉振动的微振幅
1. 位移光栅的多普勒频移 激光从一静止光栅出射时，光波的电矢量方程为： E=E0COSω0t 激光从移动光栅出射时，光波电矢量变为： E=E0COS[ω0t+∆φ(t)] =E0COS[(ω0+kωd)t] 移动的光栅相对于静止的光栅， v 它的k级衍射波有一个多普勒频移 ω
拍频和光频无关，正比于光栅移动速度vA 微弱振动的位移振幅 只要测得拍频波的个数，就可得到微弱振动的位移振幅 4．拍频波个数的计算方法 ．
波形数=整数波形数+波的首数和尾数 中满1/2或1/4或3/4个波形分数部分+
sin −1 a sin −1 b + 0 0 360 360
实验仪器
FB505型双光栅微弱振动测量仪、双踪示波器
实验4.1 实验
双光栅测量微弱振动位移量 实验内容 注意事项 数据处理
实验简介 实验目的 实验原理 实验仪器
实验简介
一种把机械位移信号转化为光电信号的手段， 光栅式位移测量技术在长度与角度的数字化 测量、运动比较测量、数控机床、应力分析 等领域得到广泛的应用。
实验目的
•了解利用光的多普勒频移形成光拍的原理 并用于测量光拍拍频
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激 光器：λ=635nm,0~30mW 信号发生器：120~950Hz， 0.1Hz微调，0~650mW输出 音叉谐振频率：500Hz 频率计：(1~999.9)±0.1Hz
FB505型 双光栅微弱振动测量仪 mV 耳机插孔 11
激光器功率调节
Y1 Y2 X
12 功率调节显示 Hz 频率粗调 频率细调 频率调节显示 功率调节
+2级 （ω0+2ωd） +1级 （ω0+ωd） 0级 （ω0） -1级 （ω0－ωd）
0
实验原理
-2级 （ω0－2ωd）
图4-1-3 移动光栅的多普勒频移
∆ωk=kωd
实验原理
2. 光拍的获得与检测 已频移和未频移的平行光束迭加，形成光拍。 来自百度文库频较低，容易测得，通过拍频即可检测出多普勒频移量。
v ω0+ωd ω0（光束1） ω0+ωd（光束2） ω0－ωd ω0 ω0 ω0+ωd ω0－ωd B ω0－ωd
实验内容
1．将示波器上的Y1、Y2、X和 FB505型双光栅 微弱振动测量仪Y1、Y2、X的插孔对接 2．几何光路调整 观察示波器的波形直到有很漂亮的拍频波为至 3．音叉谐振调节 示波器上看到的T/2内的光拍的个数为15个左右 4．测出外力驱动音叉时的谐振曲线
【预习思考题】 预习思考题】
1．如何判断动光栅和静光栅已平行 2．作外力驱动音叉谐振曲线时，为什么要 固定信号的功率？ 3．测量微振动位移的灵敏度是多少？