激光測(cè)振儀是目前能夠獲取位移和速度分辨率的最佳測(cè)量方法。它能實(shí)現(xiàn)皮米級(jí)的振幅分辨率，線性度高，在極高頻率范圍內(nèi)(當(dāng)前已超過 1GHz)仍能確保振幅的一致性。這些特性不受測(cè)量距離影響，因此，無論是近距離的顯微測(cè)試還是超遠(yuǎn)距離測(cè)試，該原理均適用。系統(tǒng)采用激光作為探測(cè)手段，完全無附加質(zhì)量影響，具有非侵入性，從而能夠在極小和極輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行測(cè)量。這種無與倫比的技術(shù)優(yōu)勢(shì)加上堅(jiān)固的設(shè)計(jì)，無論是實(shí)驗(yàn)室還是戶外均能得到很好的應(yīng)用。
多普勒效應(yīng)：
如果波被運(yùn)動(dòng)物體反射并被儀器檢測(cè)到，則所測(cè)量到的頻移可以描述為：
fD = 2· v/λ
其中，v 是物體速度，λ 是入射波波長(zhǎng)。反過來，為了能確定對(duì)象速度，需要在已知波長(zhǎng)的情況下測(cè)量(多普勒)頻移，這正是通過 LDV 中的激光干涉儀來完成。
光學(xué)干涉：
激光多普勒測(cè)振儀以光學(xué)干涉為基礎(chǔ)，即，本質(zhì)上要求兩個(gè)相干光束進(jìn)行疊加，其各自的光強(qiáng)分別為 I1 和I2。兩個(gè)光束的總強(qiáng)度不是簡(jiǎn)單的單個(gè)強(qiáng)度的求和，而是根據(jù)下列公式得出：
Itot = I1 + I2 + 2 √(I1 I2) cos [2π(r1 - r2)/λ]。
該干涉項(xiàng)與兩個(gè)光束之間的路徑差相關(guān)。如果該差值是光波長(zhǎng)的整數(shù)倍，則總強(qiáng)度是單個(gè)光強(qiáng)的四倍。
光束分離器 (BS 1) 將激光束分成參考光束和測(cè)量光束。在通過第二個(gè)光束分離器 (BS2) 后，測(cè)量光束聚焦到樣本上，并進(jìn)行反射。該反射光束由 BS 2 向下偏轉(zhuǎn)，然后與參考光束合并到檢測(cè)器上。
由于參考光束的光路為常數(shù) (r2 = const.)(除干涉儀上可忽略的熱效應(yīng)之外)，樣本移動(dòng) (r1 = r(t))會(huì)在檢測(cè)器上產(chǎn)生亮/暗條紋，這是一種典型的干涉法。檢測(cè)器上的一個(gè)完整的亮/暗周期條紋正好與所用激光的半個(gè)波長(zhǎng)的位移量相對(duì)應(yīng)。這在激光測(cè)振儀經(jīng)常使用的氦氖激光的情況下，對(duì)應(yīng)于 316nm 的位移。
每單位時(shí)間的光程改變表現(xiàn)為測(cè)量光束的多普勒頻移。在計(jì)量方面，意味著多普勒頻移直接與樣本振動(dòng)速度成正比。由于遠(yuǎn)離干涉儀的物體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的明暗條紋(和調(diào)制頻率)與物體朝向干涉儀移動(dòng)所產(chǎn)生的相同，因此僅這種設(shè)置無法明確物體移動(dòng)的方向。鑒于此，將光頻移典型值為40MHz的聲光調(diào)制器放置在參考光束中(出于比較目的，激光頻率為4.74·1014Hz)。當(dāng)樣本處于靜態(tài)時(shí)，將產(chǎn)生40MHz的典型干涉調(diào)制頻率。因此，當(dāng)樣本朝干涉儀移動(dòng)時(shí)，調(diào)制頻率會(huì)增加;當(dāng)樣本遠(yuǎn)離干涉儀移動(dòng)時(shí)，則檢測(cè)器接收到的頻率則小于40MHz。這意味著，如今不僅能精確檢測(cè)光程長(zhǎng)度，還能檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)方向。
位移或速度測(cè)量：
原理上， 除可以直接測(cè)量出振動(dòng)速度外，激光測(cè)振儀還可直接測(cè)量出位移量。不過不是通過對(duì)速度進(jìn)行積分，而是通過對(duì)激光測(cè)振儀檢測(cè)器上的亮/暗條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)來得出位移量。使用合適的插值技術(shù)，我們的激光測(cè)振儀的位移分辨率可達(dá)2nm，而在采用數(shù)字解調(diào)技術(shù)后，位移分辨率可達(dá)pm級(jí)。這種位移解調(diào)技術(shù)尤其適用于低頻測(cè)量(在亞Hz范圍內(nèi))。速度解調(diào)更適用于高頻場(chǎng)合，因?yàn)橹C波振動(dòng)的最大振幅可以表示如下：
v = 2π ? f ? s
隨著頻率的增加，振動(dòng)速度增加，振動(dòng)位移則減小。
