[發明專利]一種用F-P標準具測量二維微位移的裝置與方法

有效

• 申請號: 201710469151.5
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107144224B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 朱鶴年;沈小燕;李東升;蔡晉輝;孫志鵬
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種用F-P標準具測量二維微位移的裝置，其特征在于：包括光源(1)、柔性光纖(2)和面陣成像器件(7)，光源(1)與柔性光纖(2)連接，柔性光纖(2)輸出端前方布置面陣成像器件(7)，柔性光纖(2)和面陣成像器件(7)之間設置有準光組合部件(6)，通過準光組合部件(6)將柔性光纖(2)出射的光束處理成共軸同圓心的一系列同心圓(8)并成像到面陣成像器件(7)上；

所述的準光組合部件(6)包括依次在柔性光纖(2)輸出端前方布置的濾光片(3)、F-P標準具(4)和物鏡(5)，一種或多種單色光的光源(1)經過柔性光纖(2)射入準光組合部件(6)，準光組合部件(6)產生的輸出光束為一系列匯聚的共軸圓錐光束到面陣成像器件(7)，并作為測量的基準光束，共軸圓錐光束的中心軸為準光組合部件(6)的光軸；

所述的物鏡(5)為中焦距或短焦距的物鏡，中焦距或短焦距是指焦距f在20～150mm范圍內；

所述的面陣成像器件(7)的一個邊與水平方向成45度角。

2.根據權利要求1所述的一種用F-P標準具測量二維微位移的裝置，其特征在于：所述的面陣成像器件(7)的接收表面與準光組合部件(6)的光軸垂直，并與物鏡(5)的焦平面重合。

3.一種用F-P標準具測量二維微位移的方法，其特征在于：采用權利要求1-2 任一所述裝置，方法包括：

1)構建分別平行于面陣成像器件(7)面陣矩形的相鄰兩條邊方向的x軸和y軸，再構建與面陣成像器件(7)面陣矩形的相鄰兩條邊方向成45度角的x軸和y軸，x軸和y軸分別位于水平面和鉛垂面；

2)對于面陣成像器件(7)形成的一系列同心圓(8)的每個圓環中，采用以下方式找到x軸方向和y軸方向的近似圓心坐標值，由兩個軸方向的近似圓心坐標值確定近似圓心點Θ，接著過點Θ作兩條分別平行于x軸和y軸的平行線作為近似直徑；

3)對面陣成像器件(7)中的面陣像元進行內插細分與信號平滑化處理，以內插細分與信號平滑化后獲得的虛擬小像元的光電信號來計算后續步驟的光電信號；

4)在每條近似直徑兩側的每側±Nw范圍內建立N條平行線，相鄰平行線的間隔為w表示面陣成像器件(7)中相鄰像元間間隔的平均值，N是正整數，

每條平行線上相鄰兩個虛擬小像元之間的間隔為平行于x軸或者y軸方向各有(2N+1)條平行線，并且(2N+1)條平行線與每個圓環和面陣成像器件(7)的邊沿相交后在兩側共獲得(4N+2)個小線段，x軸和y軸方向共有(4N+2)條平行線對應共獲得(8N+4)個小線段；

5)對于(8N+4)個線段，求出每個線段上光電信號的峰位坐標及峰位坐標的標準差；

6)計算每個圓環分別沿x軸和y軸方向的圓心坐標，進而獲得每個圓環的圓心坐標；

7)在面陣成像器件(7)移動前后，重復上述步驟1)～6)計算各個圓環的圓心坐標，找出圓環在(8N+4)個線段上的峰位坐標標準差平均值接近極小值的單個圓環，以該圓環圓心在面陣成像器件(7)移動前后的二維微位移值作為最終測量得到的面陣成像器件(7)移動的二維微位移值。

4.根據權利要求3所述的一種用F-P標準具測量二維微位移的方法，其特征在于：所述步驟2)具體為：對于x軸方向或者y軸方向，對于上文所述的系列同心圓環中的從內往外數的第i個圓環，找出第i個圓環上沿所在軸方向光電信號為極大值且坐標值最大的點，再找出該圓環上光電信號為極大值且坐標值最小的點，將這兩個光電信號極大值點的坐標值以平均像元間距為相對單位取平均后再取整數，作為所在軸方向的近似圓心坐標的值。

5.根據權利要求3所述的一種用F-P標準具測量二維微位移的方法，其特征在于：所述步驟6)沿x軸或者y軸方向的圓心坐標具體采用以下方式獲得：取每條平行線上兩峰位坐標的平均值作為圓心估計值，再將同一方向的(2N+1)個圓心估計值再取平均作為該方向的圓心坐標。