[發(fā)明專利]物體位移的納米精度的測量方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 00119556.5
• 申請日: 2000-08-03
• 公開（公告）號: CN1280293A
• 公開（公告）日: 2001-01-17
• 發(fā)明（設計）人: 王向朝;王學鋒;錢鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01B11/04
• 分類號: G01B11/04;G01B9/02
• 代理公司: 上海華東專利事務所
• 代理人: 李蘭英

本發(fā)明涉及到物體位移的納米精度的測量方法，主要適用于物體位移的變化范圍在分米內。

在激光干涉測量方法中，正弦相位調制干涉測量法是一種高精度干涉測量方法，半導體激光器的引入使得正弦相位調制干涉儀結構更加緊湊簡單。在此基礎上，為降低測量誤差，提高測量精度，王向朝等發(fā)明人提出了光頻光熱調制半導體激光波長用于正弦相位調制干涉儀的方法(在先技術[1]，Wang?XF，Wang?XZ，Qian?F，Chen?G，Chen?G，F(xiàn)ang?Z，“Photothermal?modulation?oflaser?diode?wavelength：application?to?sinusoidal?phase-modulating?interferometer?for?displacementmeasurements,”O(jiān)ptics?&?Laser?Technology，Vol．31，No．8，pp．559-564，2000)。

在在先技術[1]中，先用光電探測器得到干涉信號：

S(t)=S₀cos[zcos(ω_ct)+α₀+α(t)]，????(1)式中

z=2πβα[ι+2r(t)]／λ₀²，????(2)

α(t)=4πr(t)／λ₀，????(3)S₀為干涉信號交流成分的振動振幅，ω_c為正弦相位調制的頻率，t為時間，α₀為被測物體靜止時干涉信號的相位，α(t)為t時刻干涉信號的相位，z為正弦相位調制的調制深度，β為波長的調制系數(shù)，α為半導體激光器正弦驅動電流的幅度，ι為被測物體靜止時干涉儀兩臂的光程差，r(t)為被測物體的位移，λ₀為用作光源的半導體激光器的中心波長。

被測物體的位移r(t)是根據(jù)干涉信號式(1)付立葉變換后，先求出z值，然后利用反正切函數(shù)求出其相位α(t)后得到的。

在先技術[1]的缺點：由于α(t)的值域為[-π，π]，因此對于任意大小的位移，根據(jù)式(3)，它的求出值均在范圍[-λ₀／4，λ₀／4]內，這就不能正確測量超過[-λ₀／4，λ₀／4]范圍的位移。

作為一種高精度的位移測量方法，一種使用法—珀干涉儀的位移測量方法(在先技術[2]，李柱等發(fā)明人提供的定標或檢定用的納米級位移發(fā)生器，公告號：CN2097392Y，)被提出，它雖然能夠以納米精度測量位移，但是測量范圍小于2微米，且只能用于測量準靜態(tài)位移，儀器的調校要求很高。

本發(fā)明的目的就是為了克服上述在先技術中的不足，提供一種物體位移的納米精度的測量方法，位移的測量范圍在分米內。

本發(fā)明的物體位移的納米精度的測量方法，是采用光熱正弦相位調制激光束波長的干涉測量方法，其測量的步驟為：

1．取波長λ₀被光熱正弦相位調制的激光束。

2．將上述激光束導入邁克爾遜干涉儀，使其經(jīng)過被測物體反射的探測光束與參考光束產(chǎn)生干涉，用光電探測器將干涉光信號轉換成電信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡輸入到計算機內。

3．對采集的干涉信號進行傅立葉變換，求出正弦相位調制深度z，求出t時刻干涉信號的相位α′(t)的正弦函數(shù)sin[α(t)]和余弦函數(shù)cos[α(t)]。

4．先根據(jù)sin[α(t)]和cos[α(t)]求出α′(t)，然后采用相鄰兩個采樣點的相位差絕對值小于π的修正方法對α′(t)進行修正，求得修正值α(t)。

5．根據(jù)上述式(3)α(t)=4πr(t)/λ₀和上述步驟求出的修正值α(t)求出被測物體的位移r(t)。其中λ₀為被光熱正弦相位調制的中心波長

上述步驟如圖1的流程圖所示。

上述第四步對α′(t)的修正原理如下：