[發明專利]一種新的激光干涉測長方法

無效

• 申請號: 201310163418.X
• 申請日: 2013-05-07
• 公開（公告）號: CN103234461A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 高瞻;李光宇;汪盛佳;馮子昂;馮其波
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，特別涉及一種新的激光干涉測長方法。尤其涉及以激光測量物體位移的計算機時間序列圖像測量的測長方法。?

背景技術

傳統的干涉測量技術具有很高的測量精度，在噪聲被抑制的情況下，測量的重復性也很好，但是存在可測量的范圍比較小的局限性。解決這一問題主要有兩種方法：一是通過使用長波長的紅外光源，但采用紅外光源后，干涉系統的所有光學元件都要換成適應紅外光的光學材料，且光路不易進行搭建；方法二是采用雙波長測量的方法，通過光波場疊加的方法構造出波長比較大的等效波長對被測物的位移進行測量。?

傳統的雙頻激光干涉測量技術是以雙頻激光干涉原理為基礎進行測量的一門技術。雙頻激光干涉儀由美國HP（Hewlett-Packard）公司首創并獲專利，第一批為HP5500A，1970年投放市場。HP5500A的量程為61m，精度為5*10⁷，測量速度為330mm/s。繼5500A后，HP公司還研制了5501A、5525A、5526A、5527A、5528A以及5529A。80年代前期開發的5528A激光測量系統的測量顯示器（5508A）采用了微處理機控制，增加了測量的靈活性，方便了用戶。5528A雙頻測量激光系統的最高測量速度為18.3m/min，線性測量范圍為40m。中國第一臺雙頻激光干涉儀由中國計量科學研究院與陜西機械學院共同研制，1976年4月通過國家鑒定；1993年中國科學院上海光學精密機械研究所施志果，王潤文發明了一種雙頻激光器系統，具有激光頻率可以沿著拍頻曲線進行調諧，工作壽命長、制造、安裝、調試和維修有簡明性和可靠性的優點^[1]；2004年中國科學院物理研究所吳令?安，侯巖雪，馬海強發明了一種測量弱光光源拍頻的方法及裝置，公開了一種測量弱光光源拍頻的方法及裝置，通過將激光衰減后分成兩束，分別經過干涉濾光后輸入兩個單光子探測器，其中一路經過鑒別放大器后直接進入時副轉換儀，另一路經過鑒別放大器后先經延時線，再輸入時副轉換儀；然后將時幅轉換儀輸出的信號輸進多道分析儀，經過積累在多道分析儀上即可獲得時域下光源的拍頻數據，經過數值傅立葉分析后可以得到頻域下弱光光源的拍頻，可在不依賴于頻譜分析儀的情況下，對弱光光源的拍頻進行測量，又不受探測器和前置放大器的響應時間的限制^[2]；2004年清華大學劉剛，張書練，朱鈞，李巖發明了一種基于自混合干涉效應的多普勒測速儀，該測速儀由光源，測量部分和信號處理3個部分組成。其系統光源使用的是雙頻激光器，并且自混合干涉系統的測量部分即系統外腔放置了一塊四分之一波片，該波片快軸方向與兩偏振光的偏振方向分別夾45°角，這樣光束在外腔行進一個來回，其偏振方向將變為原先的垂直方向。當沒有多普勒頻移時，激光器的功率譜上將只有一條譜線，而當多普勒頻移存在時，功率譜上的原先譜線將變為兩條，兩條譜線對應拍頻信號的差值的正負代表速度的方向，兩譜線間的距離可以換算成速度的大小，此發明所設計的自混合干涉測速儀是一種結構緊湊簡單，性價比高，并且易于實現速度方向識別的測速裝置^[3]；2008年中國航空工業第一集團公司北京長城計量測試技術研究所王霽發明了一種雙頻激光干涉測量裝置。光源分光光路將入射光源分成兩束有頻差的激光，進入測量光路部分；經測量反射鏡和參考反射鏡兩次反射實現光學倍程后，被相位差90°接收信號部分的光電接收器接收，使用了聲光移頻裝置，使測量光和參考光從一開始就分開，避免頻率混疊；另外還采用偏振分光、偏振接收技術，得到對比度好，細分精度高的干涉信號^[4]；2009年浙江理工大學陳本永，張恩政，嚴利平，楊濤，周硯江發明了一種基于雙頻干涉原理的直線度及其位置的測量方?法，該測量方法采用雙頻激光器輸出含有正交線偏振光的激光束經普通分光鏡分光，消偏振分光棱鏡分光，渥拉斯頓棱鏡分束，直角棱鏡反射，渥拉斯頓棱鏡透射，偏振分光棱鏡分光，檢偏器拍頻，最終得到能體現光程變化的一路參考信號和兩路測量信號。該測量方法利用了光學器件的分光特性和偏振特性，組成了基于外差干涉原理的雙光路測量結構，通過測量雙光路的光程差實現了直線度及其位置的同時測量，具有納米級的直線度及其位置的測量精度^[5]；2010年清華大學霍玉晶，張艷艷，何淑芳，鞏軻發明提出一種雙頻激光多普勒測速方法，該方法包括生成雙頻激光束，分成兩個雙頻光束，分別作為參考光束以生成參考拍頻信號和測量光束以生成測量拍頻信號；將參考拍頻信號和測量拍頻信號進行混頻，以得到與待測速物體的運動速度成正比的拍頻信號；根據與測速物體的運動速度成正比的拍頻信號，計算待測速物體的運動速度。此發明可以大大提高了雙頻激光多普勒測速方法的最高可測速度，擴大速度量程^[6]。?