[發(fā)明專利]一種空間相位調(diào)制型激光干涉測量儀器及方法

有效

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• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107702734B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳珂;周新磊;于清旭;郭珉;王澤霖
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01B9/02;G01B11/06;G01N21/45
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發(fā)明提供了一種空間相位調(diào)制型激光干涉測量儀器及方法，屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域。該儀器包括激光光源、平行反光板、圖像傳感器、信號采集處理器和顯示器，使用一個雙面平行反光板作為空間相位調(diào)制器，空間發(fā)散激光斜入射到由低反射雙面平行反光板，上下表面反射光在圖像傳感器表面形成由雙光束干涉產(chǎn)生的相位調(diào)制分布。本發(fā)明的光學(xué)部分僅包括激光光源、雙面平行反光板和圖像傳感器，相比于其他干涉儀，具有結(jié)構(gòu)簡單和成本低等顯著優(yōu)勢。本發(fā)明為位移、激光波長、平板厚度和折射率的高精度測量提供了一種極具競爭力的技術(shù)方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種空間相位調(diào)制型激光干涉測量儀器及方法。

背景技術(shù)

激光器的出現(xiàn)推動了光電檢測技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，利用激光干涉原理可實現(xiàn)高精度的光電檢測。激光波長或者光程差的改變可引起干涉信號的相位調(diào)制，激光干涉儀是將波長、溫度、應(yīng)變、壓力、折射率或者位移等物理量轉(zhuǎn)換為對相位差的高精度測量儀器。常見的激光干涉測量儀主要包括邁克爾遜干涉儀、馬赫曾德干涉儀和法布里-珀羅干涉儀等。目前，各種形式的激光干涉儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于物理化學(xué)參量測量、精密機械加工和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測等領(lǐng)域。

光學(xué)干涉儀分為時間域相位調(diào)制干涉儀和空間域相位調(diào)制干涉儀。時間域相位調(diào)制利用了光的時間相干性；空間域相位調(diào)制則利用了光的空間相干性。時間域相位調(diào)制干涉儀形成的干涉場是一個空間均勻的強度隨時間變化的分布；空間域相位調(diào)制干涉儀形成的干涉場則是一個不隨時間變化的強度隨空間位置變化的干涉條紋分布。在光探測方面，時間域相位調(diào)制干涉儀采用單面元光探測器；空間域相位調(diào)制干涉儀采用面陣或者線陣圖像傳感器。

空間相位調(diào)制型激光干涉儀在測量過程中無需對測量臂的光程或者激光波長進行掃描，具有測量速度快、信噪比高和穩(wěn)定性高等優(yōu)勢。文獻“空間域相位調(diào)制干涉儀用于微位移測量.應(yīng)用光學(xué)，1999，20(2)：40-44”首次提出了空間相位調(diào)制型干涉測量方案，采用光楔替代傳統(tǒng)邁克爾遜干涉中的平板玻璃，空間相位調(diào)制激光干涉場被CCD探測。然而該方案易受光楔傾角不均勻的影響，無法在實際工程應(yīng)用中得到應(yīng)用。文獻“空間相位調(diào)制表面等離子體共振檢測蛋白質(zhì)芯片.清華大學(xué)學(xué)報，2008，48(5)：792-795”和“基于SPR傳感的空間相位調(diào)制蛋白質(zhì)芯片檢測方法.儀器儀表學(xué)報，2009，30(6)：1134-1139”提出了一種基于空間相位調(diào)制的SPR成像干涉檢測法，該方案將s光作為參考光，測量p光的相位變化，將傳感芯片表面的生物分子相互作用時所引起的反射光的相位變化轉(zhuǎn)換成干涉條紋移動，干涉圖像由面陣CCD采集。然而該方案的應(yīng)用領(lǐng)域受限，目前的報道只能用于SPR傳感。

目前，在非接觸光學(xué)玻璃測厚、光學(xué)折射率測量等領(lǐng)域，尚且缺乏低成本的高精度激光干涉測量方法。并且，各種常見的激光干涉儀使用較多的高精密光學(xué)元件，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本較高等問題，影響了激光干涉儀進一步地推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單的無掃描激光干涉測量儀器及方法，旨在大幅度簡化儀器結(jié)構(gòu)、降低激光干涉儀的成本、提高檢測精度，為激光干涉儀在工業(yè)檢測與生產(chǎn)中的應(yīng)用拓展更大的空間。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種空間相位調(diào)制型激光干涉測量儀器，空間相位調(diào)制型激光干涉測量儀器包括激光光源1、平行反光板2、圖像傳感器3、信號采集處理器4和顯示器5；激光光源1與圖像傳感器3之間設(shè)置平行反光板2，激光光源1發(fā)射的光斜射到平行反光板2表面，經(jīng)平行反光板2上、下表面反射后入射到光圖像傳感器3，光圖像傳感器3將探測的光進行處理并形成干涉圖像；信號采集處理器4與圖像傳感器3相連，用于采集干涉圖像并對其進行相位解調(diào)；顯示器5與信號采集處理器4相連，用于顯示數(shù)字信號處理的結(jié)果。

所述的激光光源1是一種空間發(fā)散光源，其空間發(fā)散角大于5度。

所述的激光光源1是一種相干光源，其相干長度大于10倍的平行反光板2的厚度。