激光多普勒测振仪是利用激光多普勒效应对物体振动进行测量的一种测量仪器，与传统的加速度计等传感器相比具有可以远距离测量，动态范围测量广，测量精度高，空间分辨率高，测量时间短，响应频带宽，速度分辨率高等优点，被广泛应用于模型的模态特性分析、航空航天、声学测试、安防监控、工业自动化、汽车电子、轨道交通、MEMS微机电结构等领域。本文主要介绍单点激光多普勒测振传感器的发展现状。
激光多普勒测振
1.多普勒测振原理
有不同种类的应用需要考虑角度响应。这些应用大多使用(非常)发散的光束。在这种情况下，我们在一幅图像中有连续的入射角范围。照相机的灵敏度取决于激光束的入射角，这是由过滤器和传感器造成的。激光多普勒测振技术早期是从激光测速技术发展来的，其物理原理在于从运动物体反射回来的反射光会带有运动着的物体本身的振动特性，即多普勒频移。
式中，
表示激光经振动着的物体反射后所发生的多普勒频移，V是物体的运动速度，λ是激光波长。 由此可知，激光多普勒测振原理就是基于测量从物体表面微小区域反射回的相干激光光波的多普勒频率
，进而确定该测点的振动速度V。基于上述光学基本理论，其测振原理如图 1 所示，由激光器发出频率为f 的激光束经分光镜入射到被测表面，由于测量表面的振动，反射光将产生多普勒频移 
，频率为f+fr的参考光束和频率为 f+
反射光经反光镜反射共同投射到光电探测器上产生了拍频信号，经过电子信号处理系统，Z后得到频率为
-fr拍频的电信号，由于参考光束增加的fr已知，所以，对激光多普勒测振仪的输出信号
-fr进行分析和处理就可得到所需的物体振动信号。 由于光电探测器的输出信号混合了方向、频率已知的参考光束，因此能够分辨出被测表面的运动方向、运动幅度(即位移大小)以及运动频率等反映物体本身振动特性的信息。
图1激光多普勒测振仪测振原理图
单点式多普勒激光测振仪结构如图2所示，主要由激光源、棱镜、光电探测器三部分组成。 其基本原理为：从激光源射出的激光束，经过半透半反棱镜1分为两束垂直的光，光束1经过棱镜2，照射在被测物体表面上，然后原路返回，经过棱镜2时反射，反射光束3经过棱镜4到达光电探测器，而光束2经过棱镜3的反射，然后再经棱镜4的反射，与光束3同时进入光电探测器，由于光束1光经过被测物体表面，因此光束3携带了振动物体的振动信息，两束光在光电探测器中发生干涉，由光电探测器对其产生的干涉结果产生一个输出信号。 输出信号再经后续处理，从中提取出被测物体的振动信息(振动幅值、频率等)。目前市场上的单点式激光多普勒测振仪可以达到的频率带宽为 3. 2MHz，配备高精度速度解调卡的情况下速度分辨率可以达到 0. 02μm/ s，在扫描频率是20kHz的情况下， 位移分辨率可以达到0.008nm。
3.1常见振动测量方式对比
相对于传统的基于分立器件的激光多普勒测振仪，我们将光学相干检测光路集成在单个芯片上，并通过一体化封装，将光学芯片、激光器、探测器以及光学镜头集成到一个模组里。这一设计使产品重量、功耗、成本都大幅度下降。为客户提供了低成本、低功耗、高性能、小型化的选择，便于集成的解决方案，也为激光振动传感器的广泛应用奠定了基础。
相关文献：
[1]刘杰坤,马修水,马勰.激光多普勒测振仪研究综述[J].激光杂志,2014,35(12):1-5.DOI:10.14016/j.cnki.jgzz.2014.12.001.
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