[發明專利]邁克爾遜干涉環的遠程測控方法及其測控系統

有效

• 申請號: 201310361533.8
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103411688A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 馬文華;黃煜;黃曉旋;黃文艷;張婉柔;李心廣;漆建軍
• 申請（專利權）人: 廣東外語外貿大學;馬文華;黃煜;黃曉旋;黃文艷;張婉柔;李心廣;漆建軍
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02;G05B19/418
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林偉斌

技術領域

本發明涉及邁克爾遜干涉環測控的技術領域，更具體地，涉及邁克爾遜干涉環的遠程測控方法及其測控系統。

背景技術

光干涉測量技術在微電子、微光學和現代工業等領域得到廣泛應用，其中最常用的技術是邁克爾遜干涉測量技術，該技術的核心是要準確地計數干涉環“冒出”或“陷入”的環數,以滿足后續微距離測量的實際應用需求。

在實際使用中干涉環的計數多采用人工法，即用人眼直接觀察成像到屏幕上的干涉環，人手輕輕旋動微動手輪，每變動一個環，便人工記錄一次，每次測量需數出“冒出”或“陷入”的干涉環。此方法操作簡單，除了邁克爾遜干涉儀外不需要額外的測量設備，但只能適合計數小干涉環數，而實際操作時往往需要記錄超過幾百個以上的干涉環數，假如采用此種方法，一方面，極易造成眼睛疲勞而影響讀數的準確性；另一方面測量出錯后只能重新測量造成大量時間的浪費；再一方面對人眼的傷害大，非常地不人性化。

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已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。針對人工計數的缺點，研究人員提出了關于條紋自動計數器的諸多方案，這些方案各有優點，但也存在不足。

光電傳感器測量法：工作框圖如圖1所示，隨著光程差的變化，干涉環將交替地出現?“冒出”和“陷入”，使用光電頭對準邁克爾遜干涉環中心處，此時，光電頭中的光敏管會隨著光強信號的變化產生不同大小的光電流。這樣就將干涉環的變化轉變為電信號的變化，只要對電信號進行一定的處理，就可實現對干涉環的計數。但也存在如下缺點：該方法對器件的擺放要求過于苛刻，且隨著測量的進行，條紋的厚度也將出現變化，需隨著測量的進行不斷地調整器件位置，增加了實際操作的復雜性。

線陣CCD測量法：利用線陣CCD傳感器將干涉環光信號轉化為電信號的圖像信號捕獲與轉換模塊，再對來自線陣CCD傳感器的電信號轉化為數字信號，最后將數據送至微機進行處理，在微機中實現自動計數。這樣解決了光電傳感器定位難和操作繁瑣的缺點，同時借助微機強大的運算功能，進行數字濾波等操作進一步優化圖像，通過對應像素點灰度值的變化實現自動計數。缺點：在數據處理方面，僅對干涉環的一維信息進行研究，計數結果過度依賴于采集到的線性區域，同時無法顯示干涉環的二維真實圖像，不能滿足干涉環完整信息研究的需求，對于線性數據的處理也無法充分發揮微機強大的運算功能，在智能處理上存在很大的改善空間。

無論是光電傳感器測量法，還是線陣CCD測量法，都只側重于解決干涉環的自動計數問題，實際上，光的干涉實驗是一個對環境要求比較苛刻的實驗，實驗過程中容易受到外界環境因素的干擾，比如干擾聲音，使邁克爾遜干涉儀產生輕微的震動，引起干涉環的波動，導致計數結果存在差異。現有的實驗環境要求實驗人員必須在實驗儀器前進行操作，在操作過程中要盡可能地小心從而降低對實驗結果的影響，使得光的干涉測量實驗受到實驗地點和時間的局限，對實驗的進行造成不便。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題。

本發明的目的是提供邁克爾遜干涉環的遠程測控方法及其測控系統，利用面陣CCD采集邁克爾遜干涉環圖像；采用圖像相減、圖像濾波、灰度拉伸、邊緣檢測、二值化、圖像膨脹和細化對采集圖像預處理；設計有效區域自動搜索算法確定有效區域中心；采用檢測梯度方向角變化的方法計數干涉環，并選取四分之一圓心處做為計數區域；設計基于wifi的PC平臺和智能移動設備平臺的遠程通信，實現實驗的遠程測控以及測試結果的實時共享。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：邁克爾遜干涉環的遠程測控方法，干涉條紋光學成像模塊出射成像于成像屏，圖像信號捕獲與轉換模塊將圖像的光信號捕獲并轉換成電信號，利用數據采集與傳輸模塊將來自圖像信號捕獲與轉換模塊的電信號轉化為數字信號，并將采集到的數據傳送給PC機進行圖像處理和計數操作，并將結果顯示在PC機上，通過客戶端模塊獲取實驗的數據并對數據進行處理，所述的圖像信號捕獲與轉換模塊包括光學鏡頭和面陣CCD傳感器，其中，還包括以下具體步驟：

S1.?對面陣CCD傳感器采集到的圖像依次進行圖像相減、圖像濾波、灰度拉伸、邊緣檢測、二值化、圖像膨脹、圖像細化處理；

S2.?確定干涉環有效區域中心，根據步驟S1處理過后有效區域穩定為空心部分且沒有噪聲點的存在來判斷干涉環的中心，實現自動確定有效區域中心；