[發明專利]基于電容計時和多級濾波的消非線性誤差的光外差干涉法

有效

• 申請號: 201310231371.6
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN103322903A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 孫強;李也凡;郭幫輝;張艷超;吳宏圣
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 田春梅

1.基于電容計時和多級濾波的消非線性誤差的光外差干涉法，其特征在于：該方法包括：

在存在著非線性誤差干擾成分的光路上，通過分光獲得至少3路測量信號和1路參考信號，并使其中至少3路測量信號的各自周期性非線性誤差在要被消除的頻率成分上的相位角在一個對應的圓周角范圍內各不相同；

將至少3路測量信號與1路參考信號分別轉化為對應至少3路測量模擬電信號與1路參考模擬電信號。

將所述至少3路測量模擬電信號的每一路分別進行第一濾波過程；將1路參考模擬電信號進行第二濾波過程。

相位檢測模塊基于電容充電法確定濾波后的至少3路測量模擬電信號的每一路的特定相位與濾波后的1路參考模擬電信號的特定相位之間的第一時間間隔，并由此確定相位差；

將相位差換算成位移，得到至少3路位移測量結果，此時各路位移測量結果中含有非線性誤差；

將得到的至少3路位移測量結果進行實數加權運算，再進行加法運算即可得到最終測量結果；

所述第一濾波過程包括采用包括諧振回路的濾波器。

2.如權利要求1所述的基于電容計時和多級濾波的消非線性誤差的光外差干涉法，其特征在于：所述相位檢測模塊確定濾波后的至少3路測量模擬電信號的每一路的特定相位與1路參考模擬電信號的特定相位之間的時間間隔的步驟包括：記錄濾波后的至少3路測量模擬電信號的每一路到達特定相位時的第一時刻，相應地，記錄濾波后的1路參考模擬電信號到達特定相位時的第二時刻；或記錄濾波后的1路參考模擬電信號到達特定相位時的第一時刻，相應地，記錄濾波后的至少3路測量模擬電信號的每一路到達特定相位時的第二時刻，上述第一時刻到第二時刻的時間差即為所述時間間隔，在所述時間間隔內，由一個電流源對一個已知容量的電容器充電，通過電壓上升值來確定所述第一時間間隔。

3.如權利要求1或2所述的基于電容計時和多級濾波的消非線性誤差的光外差干涉法，其特征在于：所述特定相位包括濾波后的至少3路測量模擬電信號的每一路與濾波后的1路參考模擬電信號上升或下降過程中過零時的相位。

4.如權利要求2所述的基于電容計時和多級濾波的消非線性誤差的光外差干涉法，其特征在于：所述確定相位差的步驟包括：所述時間間隔除以濾波后的至少3路測量模擬電信號的每一路或濾波后的1路參考模擬電信號周期。

5.如權利要求4所述的基于電容計時和多級濾波的消非線性誤差的光外差干涉法，其特征在于：所述周期的計算方法包括：記錄所述第二時刻，以及再次到達的第一時刻，第二時刻到再次到的第一時刻的時間差即為所述第二時間間隔；第一時間間隔與第二時間間隔的和即為所述周期。

6.如權利要求1所述的基于電容計時和多級濾波的消非線性誤差的光外差干涉法，其特征在于：所述諧振回路與其前級輸出端和后級輸入端之間采用弱耦合方式耦合。

7.如權利要求1所述的基于電容計時和多級濾波的消非線性誤差的光外差干涉法，其特征在于：所述諧振回路中加入電阻或等效電阻調整品質因數，以使品質因數可調且穩定。

8.如權利要求1所述的基于電容計時和多級濾波的消非線性誤差的光外差干涉法，其特征在于：所述弱耦合方法為電容耦合法或電感耦合法或電阻耦合法或繞組式變壓器耦合法。

9.如權利要求1所述的基于電容計時和多級濾波的消非線性誤差的光外差干涉法，其特征在于：所述至少3路測量信號中的至少3個周期性非線性誤差的相位差不小于60°。

10.如權利要求1所述的基于電容計時和多級濾波的消非線性誤差的光外差干涉法，其特征在于：通過分光獲得至少3路測量信號和1路參考信號的步驟包括：輸出的A路光信號依次通過至少4個分光裝置分別得到A1、A2…An路光信號，其中n≥4；與輸出的A路光信號具有頻差的B路光信號通過分光裝置得到B1路光信號，B路其余光信號通過反射裝置反射后依次通過分光裝置得到B2…Bn路光信號，其中n≥4；A1路光信號和B1路光信號干涉形成參考信號，A2…An路光信號與B2…Bn路光信號分別對應干涉形成n-1路測量信號。

11.一種采用如權利要求1-10所述的光外差干涉法的光外差干涉裝置，其特征在于：包括：

第一分光裝置，將A路光信號分光得到A1、A2…An路光信號，其中n≥4；

第二分光裝置，將與輸出的A路光信號具有頻差的B路光信號分光得到B1路光信號及其余光信號，所述其余光信號經反射裝置反射后被第二分光裝置分光得到B2…Bn路光信號，其中n≥4；

干涉形成裝置，使得A1路光信號和B1路光信號干涉形成的參考信號，A2…An路光信號與B2…Bn路光信號分別對應干涉形成n-1路測量信號；

信號探測裝置，將上述1路參考信號、n-1路測量信號分別轉換為1路參考模擬電信號、n-1路測量模擬電信號；

第一濾波模塊，對n-1路測量模擬電信號分別進行第一濾波過程；

第二濾波模塊，對1路參考模擬電信號進行第二濾波過程；

相位檢測模塊，確定濾波后的至少3路測量模擬電信號的每一路的特定相位與1路參考模擬電信號的特定相位之間的第一時間間隔，并由此確定相位差；

模數轉換模塊，將所述相位差轉化成數字信號；

位移計算模塊，根據n-1路已轉化成數字信號的相位差，計算得到n-1路位移測量結果；

加權疊加模塊，將得到的n-1路位移測量結果進行實數加權運算以及加法運算。