v实验简介 v实验目的 v实验原理 v实验仪器v实验内容 v注意事项 v数据处理实验4.1 双光栅测量微弱振动位移量 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 实验原理 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：激光从移动光栅出射时，光波电矢量变为： 移动的光栅相对于静止的光栅， 它的k级衍射波有一个多普勒频移 E=E0COS0tE=E0COS0t+(t) =E0COS(0+kd)tk=kd v +2级 （0+2d） +1级 （0+d） 00级 （0）-1级 （0d）-2级 （02d） 图4-1-3 移动光栅的多普勒频移实验原理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。 拍频较低，容易测得，通过拍频即可检测出多普勒频移量。 v 0+d0（光束1）0+d（光束2）0d0 00+d0d B A 00d图4-1-4 k级衍射光波的多普勒频移图4-1-5频差较小的二列光波迭加形成“拍”实验原理3微弱振动位移量的检测 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+实验仪器FB505型双光栅微弱振动测量仪、双踪示波器 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 FB505型双光栅微弱振动测量仪 mV 激光器功率调节 耳机插孔 Y1 功率调节显示 Y2 Hz X 频率粗调 频率细调 功率调节频率调节显示信号发生器：120950Hz， 0.1Hz微调，0650mW输出激 光器：=635nm,030mW频率计：(1999.9)0.1Hz音叉谐振频率：500Hz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 3音叉谐振调节 观察示波器的波形直到有很漂亮的拍频波为至 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】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？ 制作：黄 勇 武汉理工大学物理实验中心