[發明專利]可同時實現三維位移測量的激光測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201510279833.0
• 申請日: 2015-05-27
• 公開（公告）號: CN105157576B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 黃強先;武萬多;王超群;胡小娟;張芮
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/26
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.可同時實現三維位移測量的激光測量裝置，其特征在于：包括有穩頻氦氖激光，穩頻氦氖激光器出射光路的后方設置有第二偏振分光棱鏡，且穩頻氦氖激光器光出射端正對第二偏振分光棱鏡后鏡面的左側，穩頻氦氖激光器與第二偏振分光棱鏡之間的穩頻氦氖激光器出射光路的后方還依次設置有光隔離器、第一小孔光闌、第一偏振分光棱鏡，第一偏振分光棱鏡的后鏡面緊貼設置有偏振片，第一偏振分光棱鏡的前鏡面緊貼設置有第一四分之一波片，第一偏振分光棱鏡的左鏡面緊貼設置有平凸透鏡，第一偏振分光棱鏡的左鏡面外設置有對準平凸透鏡的四象限探測器，所述第二偏振分光棱鏡左鏡面緊貼設置有第二四分之一波片，第二偏振分光棱鏡前鏡面左側緊貼設置有第三四分之一波片，第二偏振分光棱鏡前鏡面右側緊貼設置有第四四分之一波片，第二偏振分光棱鏡右鏡面前側緊貼設置有第一直角棱鏡，第二偏振分光棱鏡后鏡面右側緊貼設置有第二直角棱鏡，且第一、第二直角棱鏡分別通過各自斜邊面緊貼于第二偏振分光棱鏡對應鏡面上，第二偏振分光棱鏡左鏡面外設置有第一平面反射鏡，第二偏振分光棱鏡前鏡面外設置有第二平面反射鏡，且第一平面反射鏡正對第二四分之一波片，第二平面發射鏡正對第三四分之一波片和第四四分之一波片，還包括消偏振分光棱鏡、第三偏振分光棱鏡、第四偏振分光棱鏡，所述消偏振分光棱鏡的左鏡面正對第二偏振分光棱鏡的右鏡面后側，且消偏振分光棱鏡的左鏡面緊貼設置有第五四分之一波片，消偏振分光棱鏡的左鏡面與第二偏振分光棱鏡之間還設置有第二小孔光闌，所述第三偏振分光棱鏡通過其前鏡面緊貼設置于消偏振分光棱鏡的后鏡面，第四偏振分光棱鏡通過其左鏡面緊貼設置于消偏振分光棱鏡的右鏡面，且第三偏振分光棱鏡前鏡面與消偏振分光棱鏡后鏡面之間設置有二分之一波片，第三偏振分光棱鏡的右鏡面外設置有第一光電二極管，第三偏振分光棱鏡的后鏡面外設置有第三光電二極管，第四偏振分光棱鏡的右鏡面外設置有第二光電二極管，第四偏振分光棱鏡的前鏡面外設置有第四光電二極管，且第一光電二極管、第三光電二極管分別正對第三偏振分光棱鏡的右鏡面、后鏡面，第二光電二極管、第四光電二極管分別正對第四偏振分光棱鏡的右鏡面、前鏡面。

2.根據權利要求1所述的可同時實現三維位移測量的激光測量裝置，其特征在于：穩頻氦氖激光器發出的光束，先經過光隔離器和第一小孔光闌后，再通過偏振片變為線偏振P光，偏振P光入射到第一偏振分光棱鏡，再經過第一四分之一波片出射，此時線偏振P光變為橢圓偏光，橢圓偏光入射到第二偏振分光棱鏡被分為P光和S光，P光與S光的光強比為2:1，以P光作為測量光束，S光作為偏振干涉測量線位移的參考光束，S光透過第二四分之一波片變為圓偏光后，在第一平面反射鏡處反射再次經過第二四分之一波片，圓偏光變成P光，該P光經過第二偏振分光棱鏡透射到第一直角棱鏡，經第一直角棱鏡兩次反射后透過第二偏振分光棱鏡和第二四分之一波片，并在第一平面反射鏡反射，再透過第二四分之一波片，兩次通過第二四分之一波片改變一次線偏光的偏振態，P光變為了S光，該S光再經過第二偏振分光棱鏡反射到第二直角棱鏡，光束經過第二直角棱鏡兩次反射，再次入射到第二偏振分光棱鏡并反射后，透過第二四分之一波片變為圓偏光，并在第一平面反射鏡反射，再次通過第二四分之一波片，偏振光變為P光，該P光最終透過第二偏振分光棱鏡，出射到第二小孔光闌，此時的P光作為偏振干涉測量的參考光束；

通過第一四分之一波片產生的橢圓偏光，經過第二偏振分光棱鏡透射所產生的P光，作為測量光束，入射到第三四分之一波片，橢圓偏光由第二平面反射鏡被反射再次經過第三四分之一波片，變為45°線偏振光，入射到第二偏振分光棱鏡被分成P光和S光，其中P光用于測量二維角位移的光束，光沿原路返回，經過第一四分之一波片和第一偏振分光棱鏡，變為S光反射至平凸透鏡并聚焦，由四象限光電探測器來接收檢測光斑在兩個方向上的偏移，偏移量的大小與反射回來的光束角度成線性關系，可用于測量二維角位移；由第二平面發射鏡D點反射，經過第二偏振分光棱鏡反射的S光用作偏振干涉測量線位移的測量光束，S光入射到第一直角棱鏡并經兩次反射，入射到第二偏振分光棱鏡并反射，透過第四四分之一波片，之后S光變為圓偏光，在第二平面反射鏡的E點反射再次通過第三四分之一波片，變為P光，該P光透射經過第二偏振分光棱鏡，到第二直角棱鏡兩次反射，再次透過第二偏振分光棱鏡，透過第四四分之一波片，在第二平面反射鏡的F點反射，通過第四四分之一波片，其光偏振態發生一次變換，最后變為S光，由第二偏振分光棱鏡反射，出射到第二小孔光闌，從干涉部分岀射的兩路正交的線偏光P光和S光，通過第五四分之一波片，線偏光變為左、右旋的圓偏光，通過消偏振分光鏡將其平分成兩路光，其中一路光經過第四偏振分光棱鏡形成兩路相位差為180°的干涉信號，分別由第二光電二極管和第四光電二極管接收；另一路光經過二分之一波片改變圓偏光的旋向，再經過第三偏振分光棱鏡也形成兩路相位差為180°的干涉信號，分別由第一光電二極管和第三光電二極管接收，四路正交的干涉信號的相位差分別為90°，用來測量一維線位移。