[發明專利]基于TRIZ的多功能激光干涉測量裝置設計及其方法

無效

• 申請號: 201310427693.8
• 申請日: 2013-09-20
• 公開（公告）號: CN103454250A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 吳壽煜;張宇紅;吳佳蓬
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于TRIZ的多功能激光干涉測量裝置，其組成特征在于它包括：(1)激光器；（2）楔形體半透明半反射玻璃；（3）第一反射鏡；（4）第二反射鏡；（5）第三反射鏡；（6）第四反射鏡；（7）第五反射鏡；（8）相位調節器；（9）光電二極管；（10）差分器；（11）相關器。

2.由權利要求1所述的基于TRIZ的多功能激光干涉測量裝置，其工作原理特征在于：該儀器的激光器產生的相干光束經過楔形體半透明半反射玻璃分成兩個相干光束，其中一個相干光束經過四個反射鏡起到增加干涉臂的有效長度，提高了測量精度，另一束經過相位調制器，能大范圍內穩定地調節分束光強比值，取得需要的任意位相改變，然后兩個相干光束經過楔形體半透明半反射玻璃輸出兩個干涉光束，由于相位差的產生，匯聚到一起的兩束光發生干涉，經過光路傳輸光信號由PIN光電二極管轉化為電信號，分差器將電信號進行足夠的放大，然后在混頻單元使高頻信號變為低頻信號，相關器利用透鏡的傅氏變換特性和光學上的空間濾波原理，將待識別圖像與參考圖像進行相關運算，從而實現兩個函數或圖像之間的相似度測量，以及在相關器的顯示器上放大光學圖像用圖像分割技術分析物體或物質波的相關性質，進而獲得待測物理量的值。

3.由權利要求1所述的基于TRIZ的多功能激光干涉測量裝置，其設計及方法解決的技術問題的必要技術特征在于：設X為技術沖突集合，X?={x₁,x₂,…,x_n},其中的每個元素?x_i(i≤n)都代表一對由工程參數構成的技術矛盾沖突；設Y為TRIZ的發明原理解集合，Y?={y₁,y₂，…,?y_n},其中的每個元素?y_i(i≤n)都代表對應于x_i(i≤n)?的發明原理解子集；由此X、Y均為有限集，各包含n²個元素；沖突矩陣表明?X與Y間存在一對應法則F，使得對于?X?中的元素x_i(i≤n)，有Y?中的唯一的?y_i(i≤n)與之對應，即形成如下的映射關系：

????F：X→Y???????????(1)????

該對應法則F?可以根據(1)式所述內容表示成為技術沖突——發明原理解關系矩陣[C]：

??????????????????????????????????????????????????????????（2）

?（2）式中n=48，其中ｃ_ｉｊ＝｛　i、j≤４８表明了技術沖突與發明原理解之間的映射關系，1表明標準沖突有解，0表明標準沖突無解；根據TRIZ技術沖突解決原理，48矛盾矩陣與40條發明原理解決創新性問題的具體辦法，是將特殊的問題歸結為TRIZ?的一般性問題，然后應用其帶有普遍性的創新理論和工具尋求標準解法，在此基礎上演繹形成初始問題的具體解法，當設計沖突找到以后就可以利用48個工程參數對其進行標準化并通過矛盾矩陣找到相應的?TRIZ?解；?將賈民(Jiman)干涉儀作為技術系統進行分析，如圖1所示，賈民干涉儀是在與一束入射光束成一定夾角的平行平板玻璃上進行分振幅得到兩束光，而在厚度與第一塊嚴格相等、方向與之平行的第二塊平板玻璃處重新相遇產生干涉，該干涉儀的干涉條紋明亮度和對比度都比較高，但是兩相干光束A和B分開的間隔與平行玻璃板厚度有關，這一間隔通常比較小，限制了一些實驗，因此技術系統的適應性較差；根據TRIZ矛盾矩陣表，應該改善技術系統的“適應性”，然而減弱（惡化）干涉條紋的“明亮度”；“適應性”和“明亮度”為x_i代表一對由工程參數構成的技術沖突；其工程參數序號分別為32及23，在矩陣表中第32行與23列交叉處所對應的矩陣元素的數字為推薦的發明原理序號，也就是y_i對應于x_i的發明原理解子集為1，32，35，24，17，28，19，26；根據TRIZ推薦的八個發明原理作為增加有用功能的技術進化路線，可以將賈民干涉儀進化成一種多功能激光干涉測量裝置；表2??TRIZ矛盾矩陣表

??根據TRIZ推薦的發明原理1、分割：將物體分割獨立的部分；首先是系統結構的技術進化，將圖1中的兩塊玻璃分割成六塊較薄玻璃，分別放置圖2中，楔形體玻璃、第一薄玻璃、第二薄玻璃、第三薄玻璃、第四薄玻璃和第五薄玻璃；然后是系統增加有用功能，根據發明原理1的內容，圖像分割技術是系統增加的有用功能，圖像分割技術是指將一幅圖像分解為若干互不交迭區域的集合，是圖像分析與計算機視覺領域中的一種重要圖像處理技術；圖像分割技術定義為：已知整個圖像區域Ω，將Ω分成n個子區域Ω1，Ω2，…，Ωn，并且子區域Ω1，Ω2，…，Ωn滿足以下幾個條件：

(1)?

(2)

(3)P()=True?;

(4)P()?=False?，；

(５)是連通的區域；

條件（1）指出在對一幅圖像的分割結果中全部子區域的總和（并集）應能包括圖像中所有像素；條件（2）指出在分割結果中各個子區域是互不重疊的；條件（3）指出在分割結果中每個子區域都有獨特的特性；條件（4）指出在分割結果中，屬于不同區域的像素應該具有一些不同的特性；條件（5）要求分割結果中同一個子區域內的像素應當是連通的；發明原理32、改變顏色：改變物體或其環境的透明度；首先是系統結構的技術進化，將圖2中楔形體玻璃改變為半鍍銀玻璃，使其為楔形體半透明半反射玻璃；然后是系統增加有用功能，楔形體半透明半反射玻璃使光束B和C可以分開很遠，因而在每一束光路中可容納多種形式的裝置；發明原理35、改變特性：改變濃度或密度；首先是系統結構的技術進化，在圖2中，改變楔形體半透明半反射玻璃成分的濃度，使A線和B線間隔分開后更清晰，改變玻璃第一薄玻璃、第二薄玻璃、第三薄玻璃、第四薄玻璃和第五薄玻璃部分成分濃度，分別將其改變成第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡和第五反射鏡；然后是系統增加有用功能，即監測溶液濃度微小變化量；在化工、醫藥、冶金、造紙、食品、環境科學及科學研究等眾多領域都經常需要對溶液濃度進行監控和測量，因溶液的百分比濃度c?(?n)?與其折射率n?有關，通過測量溶液的折射率n?來計算溶液濃度是常用的方法之一，所以用實驗結果分析干涉儀干涉條紋的改變數目Δk與溶液濃度微變化量Δc?(Δk)?之間的關系；發明原理24、中介物：使用中間物體來傳遞或者執行一個動作；該發明原理主要是增加了系統有用功能，在檢測物體或物質波時，物體或物質波作為中間物體來傳遞一個動作，使干涉條紋發生移動，分析干涉條紋的改變數目Δk與物體或物質波變化量Δx(Δk)?之間的關系，進而獲得待測物理量的值；?發明原理17、轉變到新維度：把光線投射到鄰近的區域；首先是系統結構的技術進化，在圖2中，第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡的作用就是把光線投射到鄰近的區域；然后是系統增加有用功能，把光線投射到鄰近的區域，使干涉臂的有效長度增加，提高了干涉儀的測量精度；發明原理28、代替機械系統：用光、聲、熱、嗅覺系統代替機械系統；首先是系統結構的技術進化，在圖2中，用位相調節器、PIN光電二極管、分差器和相關器代替毛玻璃屏觀察干涉條紋移動；然后是系統增加有用功能，當測量物理量時，位相調節器能大范圍內穩定地調節分束光強比值，取得需要的任意位相改變，重復精度高(取決于調節電壓精度)、簡單方便，且可以隔離工作現場進行調節，消除了機械調節產生的震動影響，經過光路傳輸光信號由PIN光電二極管轉化為電信號，分差器將電信號進行足夠的放大，然后在混頻單元使高頻信號變為低頻信號，相關器利用透鏡的傅氏變換特性和光學上的空間濾波原理，將待識別圖像與參考圖像進行相關運算，從而實現兩個函數或圖像之間的相似度測量，進而獲得待測物理量的值；發明原理19周期性作用：如果作用已經是周期的，則改變其頻率；該發明原理主要增加了系統有用功能，當測量物質波時，物質波作用于光臂的激光上，改變了激光的頻率，使干涉條紋發生移動，利用光電檢測系統獲得待測物理波的值；發明原理26、復制：用光學圖像代替物體(或物體系統)，然后縮小或放大它；該發明原理主要增加了系統有用功能，在相關器的顯示器上放大光學圖像用圖像分割技術分析物體或物質波的相關性質；根據TRIZ矛盾矩陣表推薦的八個相關發明原理作為技術系統增加有用功能的技術進化路線，將賈民(Jiman)干涉儀進化成基于TRIZ的多功能激光干涉測量裝置。