[發明專利]一種提高反射式激光測振系統靈敏度的方法及裝置

有效

• 申請號: 201310411164.9
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103424177A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 應宙鋒;王順;張旭蘋;郭亞敏;張益昕
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種提高反射式激光測振系統靈敏度的方法，其特征在于：利用干涉作用在光電探測模塊的光敏表面附近的光場中產生數量眾多、周期分布的干涉條紋，同時基于干涉原理在光電探測模塊的光敏表面附近的光場中產生與無干涉條紋時相比頻率更高的空間光強分布，使得光電探測模塊在此劇烈變化的光場中的相同位移量能夠產生更加劇烈的光強變化，從而提高反射式激光測振系統的靈敏度。

2.根據權利要求1所述的一種提高反射式激光測振系統靈敏度的方法，其特征在于：包括調試步驟、測試步驟，具體如下：

（1）調試步驟：根據接收端的條紋性質，選擇最佳的激光發射模塊的空間位置和發射角度，以及光電探測模塊的接收位置，使得光電探測模塊接收到的干涉條紋的寬度與光電探測模塊的光敏表面尺寸相仿、在干涉條紋可見度最大的前提下光強最強；所述條紋性質包括條紋寬度、可見度和方向；如果光敏表面是矩形，則要求干涉條紋與光電探測模塊光敏表面的邊沿平行或者垂直；?

（2）測試步驟：利用干涉條紋能夠改變反射光斑的光強分布、提高空間分辨率的性質，提高測量分辨率；具體為：通過調試步驟選擇干涉條紋圖樣最佳的位置，將光電探測模塊放置到其中，通過調節準直模塊會聚反射光斑；微調激光發射模塊的發射角度和光電探測模塊的空間位置，最終使得接收到的信號的信噪比最好。

3.根據權利要求2所述的一種提高反射式激光測振系統靈敏度的方法，其特征在于：在所述調試階段中，當干涉模塊是平行平板類材料并且滿足相干條件時，隨著激光的入射角度從垂直入射變化到掠射，干涉條紋的寬度先減小后增加；激光發射模塊和光電探測模塊與被測物體之間的距離越大，條紋越寬。

4.根據權利要求2所述的一種提高反射式激光測振系統靈敏度的方法，其特征在于：如果反射光斑是長條形，則通過轉動激光發射模塊使得長條形光斑的邊沿與干涉條紋平行或者垂直。

5.根據權利要求2所述的一種提高反射式激光測振系統靈敏度的方法，其特征在于：如果干涉模塊表面不平整導致干涉條紋無法滿足測量要求，則微調激光發射模塊位置及激光入射角度，以得到所需的干涉條紋。

6.一種實施權利要求1或2所述的一種提高反射式激光測振系統靈敏度的方法的裝置，其特征在于：包括驅動模塊、激光發射模塊、準直模塊、干涉模塊、光電探測模塊、信號處理模塊、計算及顯示模塊；其中：

所述驅動模塊用于提供激光發射模塊恒定的工作電壓與電流，并能改變激光發射模塊的輸出功率；

所述激光發射模塊輸出激光經過所述準直模塊照射到所述干涉模塊上，由干涉模塊兩個表面反射的光束相干涉產生干涉條紋，并反射到所述光電探測模塊上；

所述準直模塊用于調節反射光斑的大小使得清晰完整地觀察到干涉條紋，并在測量時用于會聚光斑；

所述干涉模塊是具有雙反射表面的被測物體，或者是在被測物體表面安裝的具有雙反射表面的標靶，一束激光經過干涉模塊后產生的兩束反射光能夠相互干涉形成干涉條紋；

所述光電探測模塊將探測到的光強信號轉換為電信號，經所述信號處理模塊實現濾波放大，最后輸入計算及顯示模塊進行計算并顯示測量結果。

7.根據權利要求6所述的一種實施提高反射式激光測振系統靈敏度的方法的裝置，其特征在于：所述干涉模塊采用玻璃或薄膜作為被測物體，或者在不具有干涉作用的被測物體表面放置玻璃或薄膜作為標靶。

8.根據權利要求6所述的一種實施提高反射式激光測振系統靈敏度的方法的裝置，其特征在于：所述驅動模塊包括穩壓電路以及一個與激光發射模塊相串聯的滑動變阻器，通過改變滑動變阻器的阻值來改變激光發射模塊的輸出功率。

9.根據權利要求6所述的一種實施提高反射式激光測振系統靈敏度的方法的裝置，其特征在于：所述激光發射模塊采用半導體連續激光器，所述準直模塊為配置在所述半導體連續激光器前端的準直透鏡。

10.根據權利要求6所述的一種實施提高反射式激光測振系統靈敏度的方法的裝置，其特征在于：所述信號處理模塊包括偏置電路、增益帶寬可調的多級濾波放大電路以及反饋電路；其中偏置電路給光電探測模塊提供一個使其正常工作的反偏電壓，同時將光電探測模塊傳輸的信號依次通過兩級濾波放大電路放大，并利用反饋電路進行負反饋提高信號增益的穩定性。