激光干涉仪在振动计量中的应用
激光测振及其常用方法
一般振动测试大致可以分为两类。一类是测量设备和结构所存在的振动；另一类则是对设备或结构施加某种激励，对其产生的振动进行测量。此类测振的目的是研究设备或结构的力学动态特性，然后根据对所测得的振动信号进行求和、平均、积分、微分等处理，计算出被测点的位移或速度、加速度和振动频率；或者对所测得的振动信号在时域、频域内作进一步地分析和处理，如谱分析、相关分析等，进而确定被测对象的固有频率、阻尼比、刚度、振型等振动参数，确定被测对象的频率响应特性。激光测量这种非接触测量由于其良好的精准性和实时性，已经成为测量领域的热点。同时由于电子学和光学技术的飞速发展，光电检测已经成为非接触测量的一种主要方式。
激光干涉法
利用激光的干涉特性，以激光的波长等参数为基础，对元件的振动进行测量的方法叫激光干涉测振法。在振动冲击计量测试中，我们经常碰到量值溯源的问题，在量值溯源与传递系统链表里，振动冲击计量基准可以溯源到基本量———长度和时间。振动和冲击校准设备采用这种量值复现方式进行传感器的校准时，称其为“绝1对校准”。激光干涉仪是不可缺少的部分，其输出的多普勒信号把已知的激光波长和振动的位移量对应起来，是一种绝1对的测量方法。目前在振动和冲击专业中大量借助于激光干涉技术实现量值的复现，其具体实现就是采用激光干涉仪。
激光干涉测量方法作为一种重要的非接触式无损探测方法，日益得到广泛的应用。然而该测量系统多采用各种分立的玻璃光学元件构成光路，不仅结构复杂，而且对光学元件的安装、调试都有极苛刻的机械精度要求，灵活性、重复性较差，尤其是对探测系统位置的设置在许多重要场合的应用受到了限制。光纤传感技术是近几十年来迅速发展起来的一门新型科学。与传统的各类传感器相比，光纤传感器具有一系列独特的优点，灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高压、防爆阻燃、光路可绕曲性好、几何形状具有多方面适应性等，使其成为在诸多环境下的有效测量手段。
使用激光干涉仪测量，必须要考虑到的误差源：
一、 环境误差。激光干涉仪的绝1对精度取决于周围条件的精准程度（或者说环境的稳定程度）。环境温度每产生1℃的变化，绝1对压力每产生2.5mmHg或相对湿度每产生30%的误差时，都将会导致约1PPM（百万分子一）的测量误差。这些误差利用人工补偿或激光干涉仪所配的自动补偿装置可部分克服。因此检测期间保持这些条件的稳定非常重要。
二、 机床表面温度。即机床本身温度变化的影响。对于用钢制丝杠定位滑鞍的机床，丝杠理论热膨胀系数为10.8PPM/℃，即温度每升高1℃，他将膨胀近10.8微米/米。
三、 死径误差（死行程误差）。它是一种在测量期间与环境条件的变化有关系的误差。它是由于当围绕激光束的大气压力发生变化（引起激光波长变化）时以及当固定有激光干涉仪和目标反射镜的材料温度发生变化（引起干涉仪和反射镜之间的距离变化）时，激光束行程长度得不到补偿而造成。
简单的讲，激光测量行程的死行程区是指激光干涉仪与测量复位点（或0点）位置间的距离。激光干涉仪自身的补偿系统仅能补偿测量复位点到测量行程终点的距离，而对于死行程区的距离是不补偿的。
四、 余弦误差。激光束路径对应机床运动轴线如未对准，将在测量长度同实际移动长度间产生一个误差。由于这个误差与光束和实际运动间未对准角的余弦成比例，所以未对准误差通常称为余弦误差。余弦误差=1-cosθ，对于较小的θ，余弦误差近似于θ2/2。举例来说，当 =1mrad (3 arcmin)，则余弦误差为0.5ppm。
当激光测量系统与机床移动轴线未对准时，余弦误差将使测量长度小于实际长度。xc余弦误差的方法是在安装时确保良好的对准。
五、 阿贝误差。阿贝误差原理是长度计量和长度计量仪器设计中最经典的测量原理。被测轴线和测量轴线应在同一直线或其延伸线上，如果在一个偏离的被测位移的位置上进行测量时，部件的任何角运动都将产生一个误差。估算角运动产生的误差的一条有益经验是：每角秒的角运动产生约5um/m的偏移。对于阿贝偏移为200mm，2秒的角运动，其测量位移误差为200mm×5um/m/角秒×2角秒=2um。
如何正确运用激光干涉仪
1、负坡度
负坡度曲线向外运行和向内运行两个测试均出现向下的坡度。在整个轴线长度上，误差呈线性负增加，这表示激光系统测量的距离短于机床位置反馈系统指示的距离。出现负坡度的可能原因有以下两种：(1)光束准直调整不正确。如果轴线短于1m则可能是材料热膨胀补偿系数不正确、材料温度测量不正确或者波长补偿不正确。(2)俯仰和扭摆造成阿贝偏置误差、机床线性误差。
2、正坡度
正坡度曲线是指在整个轴线长度上，误差呈线性正递增。这种现象的产生有以下可能：(1)材料热膨胀补偿系数不正确、材料温度测量不正确或者波长补偿不正确。(2)俯仰和扭摆造成阿贝偏置误差、机床的线性误差。
3、周期性曲线
周期性曲线是整个轴线长度上的重复周期误差。沿轴的俯仰保持不变，但幅度可能变化。导致周期性曲线的可能原因主要是机床方面的问题，如丝杠或传动系统故障、编码器问题或故障、长型门式机床轨道的轴线直线度。
4、偏移
偏移是指去程和回程两次测试之间具有不变的垂直偏移。产生偏移曲线的可能原因主要是机床方面的问题，如反向间隙未补偿或不当补偿、车架与导轨之间存在间隙(松动)等。
5、燕尾状
在去程测试中出现向下的坡度的情况，回程测试为去程测试的镜像，去程和回程测试之间的偏差(或滞后或反向间隙)随轴线离开受驱动端而逐渐提高。产生燕尾状的可能原因主要是机床方面的问题，如滚珠丝杠扭转、导轨太紧、使用的误差补偿值不正确等。
6、正反向交叉线
正反向交叉线是指正向(向外)运行产生负坡度，而反向(向内)运行则产生正坡度。这是丝杠扭转的一个特殊例子，其中，单向线性误差补偿和单反向值已在控制器中设置。
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