[發明專利]二維位移測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201710277404.9
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN106949842B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 談宜東;郭波;朱開毅;盧悅越;張書練
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 哈達

本發明涉及一種二維位移測量裝置，包括：激光器，用于輸出偏振激光；分光移頻模塊，用于將偏振激光進行分光并實現差動移頻，形成至少三束光，且三束光頻率不同；匯聚模塊，用于對至少三束光進行匯聚后入射至待測目標上，且接收被待測目標散射返回的激光，使返回的激光進入激光器，以對激光器的輸出激光的光強進行調制；信號檢測模塊，設置于從激光器出射的偏振激光的光路上，用于對激光器輸出激光的光強進行檢測并轉換為電信號；信號處理模塊，與所述信號檢測模塊連接，用于對信號檢測模塊輸出的電信號進行處理及計算，獲得離面位移及面內位移。本發明還提供一種位移測量方法。本發明提供的二維位移測量裝置及方法測量精度高。

技術領域

本發明涉及一種位移測量裝置及測量方法，尤其涉及一種二維位移測量及測量方法，屬于激光測量領域。

背景技術

激光回饋效應是在激光系統中，激光器輸出光被外部物體反射或散射后，部分光回到激光器內與腔內光混合后引起的激光器的輸出特性變化的現象。基于激光回饋效應的激光移頻回饋技術除了具有結構簡單，非接觸、無損檢測等優點外，還具有靈敏度高，可對粗糙表面進行測量的特點。目前，激光回饋技術已經被應用于精密位移測量、速度測量、形貌測量、振動測量、位相延遲測量等領域。

傳統的離面位移和面內位移測量技術主要有電子散斑干涉、數字散斑干涉，時間序列散斑法和光柵莫爾條紋法。但是，無論是電子散斑干涉，還是數字散斑干涉，都要求物體的位移量必須大于單個散斑的尺寸，而散斑尺寸一般為微米級，因此這種方法測量的精度只能達到1微米左右，而且也無法進行動態實時測量。而時間序列散斑法，通過拍攝物體位移過程的一系列圖樣可以實現動態測量，但該方法的測量精度同樣不高，而且當物體位移量超過5λ，就難以準確測量。光柵莫爾條紋法要求在物體表面復制光柵，在非接觸測量的情況下較難應用。

傳統的離面位移和面內位移測量方法各有特點，但是難以實現非接觸情況下的高分辨率的測量。

發明內容

綜上所述，確有必要提供一種能夠在非接觸情況下能夠精確測量二維位移測量的裝置及方法。

一種二維位移測量裝置，其中，所述二維位移測量裝置包括：

激光器，用于輸出偏振激光；

分光移頻模塊，設置于從激光器出射的偏振激光的光路上，將偏振激光進行分光并實現差動移頻，形成至少三束光，且三束光頻率不同；

該匯聚模塊，設置于從分光移頻模塊出射的至少三束光的光路上，用于對至少三束光進行匯聚后入射至待測目標上，且接收被待測目標散射返回的激光，使返回的激光進入激光器，以對激光器的輸出激光的光強進行調制；

信號檢測模塊，設置于從激光器出射的偏振激光的光路上，用于對激光器輸出激光的光強進行檢測并轉換為電信號；

信號處理模塊，與所述信號檢測模塊連接，用于對信號檢測模塊輸出的電信號進行處理及計算，獲得離面位移及面內位移。

上述二維位移測量裝置，基于激光移頻回饋原理的基礎上，通過設置分光移頻模塊，形成至少三束不同頻率的光束聚焦集中于一點用于測量二維位移，提高了測量的精度和測量的范圍，具有非接觸、高分辨率、高精度、大量程、實時測量等特點。

在其中一個實施例中，所述信號檢測模塊包括第一分光鏡及光電探測器，所述第一分光鏡設置于從激光器出射的激光的光路上，用于對激光器出射的激光進行透射及反射，所述第一分光鏡設置于反射光的光路上，所述透射光入射到分光移頻模塊。

在其中一個實施例中，所述二維位移測量裝置還包括準直模塊，所述準直模塊設置于從第一分光鏡出射的透射光的光路上，用于對透射光進行準直。