[發明專利]一種干涉環自動計數系統及計數方法

無效

• 申請號: 200910039551.8
• 申請日: 2009-05-15
• 公開（公告）號: CN101629803A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發明（設計）人: 馬文華;李心廣;林江豪;鄧雪華;鞏文科
• 申請（專利權）人: 廣東外語外貿大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/02;G01J9/02;G01N3/00;G01N21/45
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 禹小明

技術領域

本發明涉及一種干涉環自動計數系統及其方法，尤其涉及一種基于線陣CCD的邁克爾遜干涉儀的干涉環自動計數系統及其方法。

背景技術

隨著近代科學技術和工業技術的迅速發展，傳統的光學機械測試方法己日益不能適應近代工業和科學技術提出的高精度，高效率與自動化的測試要求。在精密測試領域中，必須注入新的活力，激光和計算機技術的出現和二者的結合為新的測試技術開辟了一條新的途徑。

光學干涉檢測法在計量領域應用很廣，不僅僅廣泛應用于工業上的微距離測量，作為其技術基礎的物理光學實驗則在高等院校的實驗教學中也占有很重要的地位，如牛頓環實驗、分光計實驗以及邁克爾遜干涉實驗等項目，在原理知識和測量方法等方面都具有較強的綜合性，對于培養學生的實踐創新能力具有重要意義。

使用邁克耳遜干涉儀進行單色光波長測量的計算公式為：

λ=2*ΔdN---(1-1)]]>

式中Δd為旋轉邁克爾遜干涉儀上的細調手輪時，干涉環中“冒出”或“淹沒”N條干涉環前后，從邁克爾遜干涉儀讀數尺上讀出的刻度d₁與d₂之差。N為增大或減小Δd時，從中心“冒出”或向中心“淹沒”的干涉環數。

通過將公式(1-1)轉化，可得公式(1-2)：

Δd＝(N×λ)/2(1-2)

式中各變量意義同上。該公式在微距離的測量技術的應用非常普遍，主要將要測量的器件固定在可動鏡上，一旦器件出現微小距離變化，可動鏡也隨著移動。伴著可動鏡的移動，干涉環不斷地“冒出”或“淹沒”，已知或者先通過測量單色光的波長λ，若再計量出干涉環的變化數N，也就可實現了微距離測量。

例如，使用H_e-N_e激光(λ＝624.8nm)作為單色光，計數得出N＝300，則微距離的變化量Δd＝300×624.8÷2＝93720nm。

由上可知，不管將邁克爾遜干涉儀應用于那個方面的測量，其首要的任務都是要準確地計算出測量過程干涉環“冒出”或“淹沒”的條紋數N，可見實現干涉環的自動計數在各個測量領域的意義重大。然而，由于邁克爾遜干涉儀缺少與之相配套的自動記錄干涉環的計數裝置，導致在進行測量極其不便。以下簡要闡述一下現有的條紋計數方法。

人工直接計數法：直接成像到毛玻璃屏上，通過旋動微調旋鈕，人眼緊盯著玻璃屏，每變動一個環，便人工的記錄下來。

該方法的優點在于：無需除了干涉儀以外的其他外圍設備。

缺點在于：因為需要記錄的環數一般都要超過300環、400環，甚至更多，這樣一來，人需要長時間地盯緊屏幕。容易產生視覺疲勞，而漏讀或多讀條紋的個數而增加實驗誤差，同時限制了對測量數N的增加，數錯了還需要重新測量，造成時間的浪費，并且計算出的光波波長誤差也較大。

再之，人眼長時間對著激光，對眼睛也會造成極大的傷害，非常不人性化。

為了克服上述這些不足，也有研究人員研制出了各種各樣的干涉環計數器。這些計數器的設計主要都是通過光電檢測元件將干涉環的變化轉變為電信號的變化，然后通過對此電信號的處理、判斷，最終完成干涉環的自動計數。

下面給出這些計數器的設計方法及其優缺點。圖1給出了已經設計出來的條紋計數器的工作框圖，其包括毛玻璃1、光電頭2、信號處理電路、計數電路及顯示電路。由此可以看出光電頭是作為光電傳感器件采集干涉環的，已設計出來的條紋計數器大多都是采用光電二極管、三極管、硅光電池、光敏電阻等作為光電頭的光電傳感器件。在測量的時候將光電頭安裝在干涉環觀察屏上，使邁克爾遜干涉儀所產生的干涉環中心與光電二極管重合。如圖2所示，當旋轉細調手動輪時，干涉環中心便會有干涉環“冒出”或“淹沒”(冒出是干涉環在中心產生，隨著細調手輪的旋轉而向外擴散。淹沒是干涉環從外向條紋中心收縮，隨著細調手輪的旋轉而消失)，