[發明專利]一種位移測量系統及測量方法

在審

• 申請號: 201810602932.1
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108931192A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 侯昌倫;李涇渭;辛青;臧月
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明公開了一種位移測量系統及測量方法，其中系統部分包括光源、諧衍射Alvarez透鏡組、針孔和光探測器；所述的諧衍射Alvarez透鏡組，由面形互補的第一諧衍射Alvarez透鏡和第二諧衍射Alvarez透鏡組成，所述光源、第一諧衍射Alvarez透鏡、第二諧衍射Alvarez透鏡、針孔以及光探測器沿光軸方向依次布置；本發明提供的測量系統結構簡單，僅幾個器件結合光學知識就能實現位移的高精度測量，測量精度可達1.33nm。這對于高精度位移傳感領域的應用來說，具有很重要的意義。

技術領域

本發明屬于位移測量領域，具體涉及一種基于諧衍射Alvarez透鏡變焦系統的位移測量系統及測量方法。

背景技術

現有技術中，測量位移的方式有很多，精確地測量微小位移時通常采用位移傳感器。位移傳感器還應用于物體的位移、厚度、振動、距離、直徑等幾何量的測量，在民用和軍用領域有著廣泛的應用前景。

現有技術中，位移傳感器主要分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種位移測量系統及測量方法。

本發明提出了一種位移測量系統，包括光源、諧衍射Alvarez透鏡組、針孔和光探測器；

所述的諧衍射Alvarez透鏡組，由面形互補的第一諧衍射Alvarez透鏡和第二諧衍射Alvarez透鏡組成，所述光源、第一諧衍射Alvarez透鏡、第二諧衍射Alvarez透鏡、針孔以及光探測器沿光軸方向依次布置；

所述的第二諧衍射Alvarez透鏡沿垂直于光軸方向移動，來調整所述諧衍射Alvarez透鏡組焦距；

所述的針孔，用于透過所述諧衍射Alvarez透鏡組射出會聚光；所述的光探測器，用于探測從所述針孔透過的光能量；

所述的諧衍射Alvarez透鏡包含一個基面和一個工作面，第一諧衍射Alvarez透鏡和第二諧衍射Alvarez透鏡面形互補；

其中所述的每個諧衍射Alvarez透鏡的工作面由Alvarez透鏡切割得到；其中Alvarez透鏡的表面多項式方程為：

其中A表示為多項式系數；

Alvarez透鏡產生焦距f為：

2δ為兩個Alvarez透鏡之間的移動的距離，n為Alvarez透鏡的材料折射率；

Alvarez透鏡的相位差與光程差的關系是：

其中為相位差，λ為波長，Δδ為光程差；

將Alvarez透鏡去除相位差為2π的整數m倍，剩余的部分便是光程差為2π的m倍的諧衍射Alvarez透鏡組的工作面；m≥2；

所述的諧衍射Alvarez透鏡組的基面滿足光程差為2π的m倍。

作為優選，所述光源與諧衍射Alvarez透鏡組之間設有準直透鏡，用于將所述光源發射的發射光變成平行光后射出。

作為優選，所述光源為激光器或LED。

作為優選，將所述光探測器替換為光功率計。

一種位移測量系統的測量方法，包括以下步驟：

將被測對象固定在第二諧衍射Alvarez透鏡的基面上，所述光源、準直透鏡、第一諧衍射Alvarez透鏡、第二諧衍射Alvarez透鏡、針孔以及光探測器沿光軸方向依次布置；