A Research of Intermodulation Components in Laser Vibrometers for Precise Measurement of Oscillations
- Authors: Kravets Е.V.1, Semenova E.G.2
-
Affiliations:
- The Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunications
- Baltic State Technical University «Voenmeh» named after D.F. Ustinov
- Issue: Vol 10, No 2 (2024)
- Pages: 57-66
- Section: ELECTRONICS, PHOTONICS, INSTRUMENTATION AND COMMUNICATIONS
- URL: https://journals.rcsi.science/1813-324X/article/view/255945
- EDN: https://elibrary.ru/YHIRMC
- ID: 255945
Cite item
Full Text
Abstract
This paper presents the results of theoretical research of signals of laser vibrometers, with the surface of the object of interest orthogonal to the direction of the beam. The article shows that the Michelson interferometer based vibrometer may yield erroneous results when measuring the amplitude of oscillations. The errors arise due to the phase shift between the interfering beams, which affects the measurement of the absolute value of surface shift. The article presents theoretical analysis of the spectra of the output signals of interferometers of various designs. For the Michelson interferometer based vibrometer, the algorithm for the measurement of frequencies and amplitudes by reading the oscillograms of interference signals suggests that the amplitude be much larger than the laser's wavelength. It is proved that in this case the result does not depend on the mismatch in phases between the beamsplitter and each mirror. The output signal of the heterodyne interferometer has been analyzed. The property of spectral components of being independent of the beams' phases helps eliminate errors when calculating the amplitude. A special design of the Michelson interferometer is proposed, where the beam's frequency is shifted by using the optical modulator that operates in the Bragg diffraction mode.
About the authors
Е. V. Kravets
The Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunications
Email: kravec.ev@sut.ru
ORCID iD: 0009-0005-1096-6655
SPIN-code: 4357-3540
E. G. Semenova
Baltic State Technical University «Voenmeh» named after D.F. Ustinov
Email: kaf_o7@voenmeh.ru
ORCID iD: 0000-0001-8312-4903
SPIN-code: 8971-0439
References
- Фрайден Д. Современные датчики. Справочник. М.: Техносфера, 2005. 592 с.
- Николаенко А.Ю., Львов А.А., Львов П.А., Юрков Н.К. Анализ бесконтактных методов измерения линейных перемещений и вибраций // Tруды международного симпозиума "Надежность и качество" (Пенза, Россия, 21–31 мая 2018). Пенза: ПГУ, 2018. Т. 2. С. 88–91. EDN:YAFFNZ
- Стуленков А.В., Коротин П.И., Суворов А.С. Новые применения лазерной виброметрии // Известия РАН. Серия физическая. 2020. Т. 84. № 6. С. 824–828. doi: 10.31857/S0367676520060290. EDN:JWPUFG
- Застрогин Ю.Ф. Контроль параметров движения с использованием лазеров. М.: Машиностроение, 1986. 272 с.
- Пуряев Д.Т. Измерение расстояний и линейных перемещений методом двулучевой лазерной интерферометрии. М.: Машиностроение, 1999. 212 с.
- Волковец А.И., Руденко Д.Ф., Гусинский А.В., Кострикин А.М. Радиоволновой бесконтактный метод измерения параметров движения и вибрации // Доклады БГУИР. 2007. № 4(20). С. 58–64.
- Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 719 с.
- Осипов М.Н., Попов М.А. Измерения малых динамических смещений интерферометром Майкельсона со сферическими волновыми фронтами // Компьютерная оптика. 2007. Т. 31. № 4. C. 55−57. EDN:IUDQMF
- Глебус И.С., Макаров С.Н. Волоконно-оптический виброметр на основе интерферометра Майкельсона // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2015. Т. 5. № 2. С. 28−33. EDN:TWPCIX
- Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. СПб.: Издательство Лань, 2010. 608 с.
- Горбатенко Б.Б., Лякин Д.В., Перепелицына О.А., Рябухо В.П. Оптические схемы и статистические характеристики сигнала спекл-интерферометров перемещений // Компьютерная оптика. 2009. № 3(33). С. 268–280. EDN:KVCQJB
- Грязнов Н.А., Горячкин Д.А., Соснов Е.Н., Харламов В.В. Юстировка длин плеч интерферометра Майкельсона // Научное приборостроение. 2019. Т. 29. № 3. С. 41–46. doi: 10.18358/np-29-3-i4146. EDN:MIFWOZ
- Грязнов Н.А., Горячкин Д.А., Купренюк В.И., Соснов Е.Н., Алексеев В.Л. Пассивная стабилизация интерферометра Майкельсона // Научное приборостроение. 2020. Т. 20. № 4. С. 63–74. doi: 10.18358/np-29-3-i4146. EDN:MIFWOZ
- Осипов М.Н., Попов М.А., Попова Т.А. Поведение выходного сигнала в системе измерения на основе оптоэлектронного интерферометра Майкельсона // Ползуновский вестник. 2011. № 3-1. С. 38–41. EDN:OHFYIV
- Плотников М.Ю., Волков А.В. Способ измерения фазового сигнала двухлучевого волоконно-оптического интерферометра. Патент на изобретение RU 2719635 C1. Опубл. 21.04.2020. EDN:DOYETB
- Кириеенков А.Ю., Алейник А.С., Плотников М.Ю. Способ определения разницы длин плеч в двухлучевом волоконно-оптическом интерферометре. Патент на изобретение RU 2678708 C1. Опубл. 31.01.2019. EDN:HZSHRC
- Запевалов А.С., Бурдюгов В.М. Способ дистанционного определения амплитуды вибрации. Патент на изобретение RU 2710098 C1. Опубл. 24.12.2019. EDN:GLCCVD
- Палто С.П., Гейвандов А.Р., Плато В.С. Интерферометр Майкельсона с колеблющимися зеркалами и фурьеспектрометр на его основе. Патент на изобретение RU 2580211С2. Опубл. 10.04.2016.
- Атавин В.Г., Худяков Ю.В., Юрчик Е.Ф. Измерение малых амплитуд вибраций лазерным виброметром // Измерительная техника. 1999. № 11. C. 29–32.
- Атавин В.Г., Мохнатов А.А., Худяков Ю.В. Способ измерения амплитуд вибраций. Патент на изобретение RU 2217706 C2. Опубл. 27.11.2003. EDN:SZGTMY
- Kowarsch R., Te R., Rembe C. Laser-Doppler vibrometer microscope with variable heterodyne carrier // Journal of Physics Conference Series. 2018. Vol. 1149. P. 012016. doi: 10.1088/1742-6596/1149/1/012016
- Костомин М.А., Титов А.А., Гарипов В.К. Измерение скорости движения и параметров вибрации объектов гетеродинным методом // Наука и образование. МГТУ им. Баумана. 2015. № 12. С. 110–118. doi: 10.7463/1215.0828437. EDN:VDRHXN
- Капезин С.В., Базыкин С.Н., Базыкина Н.А., Самохина К.С. Лазерные измерительные системы с пространственно-временной разверткой интерференционного поля // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2015. № 2(34). С. 156–161. EDN:UISFLR
- Базыкин С.Н. Информационно-измерительные системы для измерения линейных перемещений // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 9. С. 373–377. EDN:WNEURN
- Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. М.: Радио и связь, 1985. 278 c.