[實用新型]抗干擾階梯平面反射激光干涉儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520184605.0
• 申請日: 2015-03-30
• 公開（公告）號: CN204439011U
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張白;康學(xué)亮;毛建東
• 申請（專利權(quán)）人: 北方民族大學(xué)
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所 51221
• 代理人: 林輝輪

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種精密測試技術(shù)及儀器領(lǐng)域，特別涉及一種抗干擾階梯平面反射激光干涉儀。

背景技術(shù)

激光器的出現(xiàn)，使古老的干涉技術(shù)得到迅速發(fā)展，激光具有亮度高、方向性好、單色性及相干性好等特點，激光干涉測量技術(shù)已經(jīng)比較成熟。激光干涉測量系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛：精密長度、角度的測量如線紋尺、光柵、量塊、精密絲杠的檢測；精密儀器中的定位檢測系統(tǒng)如精密機(jī)械的控制、校正；大規(guī)模集成電路專用設(shè)備和檢測儀器中的定位檢測系統(tǒng)；微小尺寸的測量等。在大多數(shù)激光干涉測長系統(tǒng)中，都采用了邁克爾遜干涉儀或類似的光路結(jié)構(gòu)。

單頻激光干涉儀從激光器發(fā)出的光束，經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)可動反射鏡移動時，干涉條紋的光強(qiáng)變化由接受器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計數(shù)器計算出總脈沖數(shù)，再由電子計算機(jī)按計算式L＝N×λ/2，式中λ為激光波長(N為電脈沖總數(shù))，算出可動反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時，要求周圍大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，各種空氣湍流都會引起直流電平變化而影響測量結(jié)果。

單頻激光干涉儀的弱點之一就是受環(huán)境影響嚴(yán)重，在測試環(huán)境惡劣，測量距離較長時，這一缺點十分突出。其原因在于它是一種直流測量系統(tǒng)，必然具有直流光平和電平零漂的弊端。激光干涉儀可動反光鏡移動時，光電接收器會輸出信號，如果信號超過了計數(shù)器的觸發(fā)電平則就會被記錄下來，而如果激光束強(qiáng)度發(fā)生變化，就有可能使光電信號低于計數(shù)器的觸發(fā)電平而使計數(shù)器停止計數(shù)，使激光器強(qiáng)度或干涉信號強(qiáng)度變化的主要原因是空氣湍流，機(jī)床油霧，切削屑對光束的影響，結(jié)果光束發(fā)生偏移或波面扭曲。

單頻激光干涉儀由于測量結(jié)構(gòu)的問題，其測量精度受限于激光的波長，其精度一般只能為其波長的整數(shù)倍，很難再進(jìn)行提升，同時測量環(huán)境的變化對測量結(jié)果有較大影響。隨著工業(yè)生產(chǎn)對精密測量的要求越來越高，對測量儀器的測量精度提出了更高的要求。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有激光干涉儀測量精度受限于激光波長，測量精度難以提升的不足，提供一種抗干擾階梯平面反射激光干涉儀，該激光干涉儀在現(xiàn)有邁克爾遜激光干涉儀的基礎(chǔ)上，采用多光源多階梯平面反射鏡，對于n階梯平面反射鏡可以檢測λ/2n的精度，提高了激光干涉儀的測量精度。同時由于多光路干涉狀態(tài)交替變換，對測量光路的環(huán)境變化有更高的抗干擾能力。

為了實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型提供了以下技術(shù)方案：

一種抗干擾階梯平面反射激光干涉儀，包括激光源、分光鏡、固定反射鏡、移動反射鏡、光電探測器組，其特征在于，所述激光源包括n個平行激光束，其中n≥2，所述光電探測器組包括n個光電探測器件，所述固定反射鏡的反射面為n個成階梯型的反射平面，相鄰兩個反射平面的間距等于λ/2n+kλ/2，其中k為任意自然數(shù)、λ為激光源發(fā)出的激光波長；每個所述激光源發(fā)出的每束激光經(jīng)過所述分光鏡反射后，分別垂直射入對應(yīng)一個反射平面，每個所述反射平面將對應(yīng)激光反射到所述光電探測器組的對應(yīng)各個光電探測器件；所述激光源發(fā)出的每束激光束經(jīng)過所述分光鏡透射后，分別垂直入射到所述移動反射鏡后反射到光電探測器組的對應(yīng)的各個光電探測器件。

該激光干涉儀的激光源產(chǎn)生的平行激光束數(shù)量、階梯型反射平面數(shù)量和光電探測器件的數(shù)量均為n(n≥2)，且為一一對應(yīng)，即激光源發(fā)射的每束激光均分為兩路，一路激光通過分光鏡反射到固定反射鏡的階梯面的其中一個平面后，垂直反射到光電探測器組上的其中一個光電探測器件，另一路激光直接在分光鏡內(nèi)透射后入射到移動反射鏡后再垂直反射到同一個光電探測器件，該光電探測器件即能探測到這兩路光程差在移動反射鏡發(fā)生位移過程中是否產(chǎn)生最強(qiáng)干涉狀態(tài)或最弱干涉狀態(tài)。由于固定反射鏡上為階梯型反射面，所以激光源發(fā)射的各束激光通過固定反射鏡的階梯面反射后的光路的光程是不相同的，同時激光源發(fā)射的每束激光分成兩路后到達(dá)對應(yīng)的光電探測器件后的光程差值均不相同，能夠發(fā)生干涉現(xiàn)象不僅和激光的波長有關(guān)，還和階梯反射平面的平面高度差值有關(guān)系，由于該階梯面(即階梯型反射平面)的相鄰兩個平面高度差值等于λ/2n+kλ/2，即相鄰階梯面的高度差值可以相同也可以不同，由于每束激光在每個反射平面反射后，光程有所差異，不管相鄰兩個反射平面的高度差值多少，其光程差均為λ/n+kλ。