[發明專利]一種基于復合式光柵的微位移傳感器

有效

• 申請號: 202010523030.6
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111536883B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 辛晨光;李孟委;亓杰;張瑞;金麗
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 太原榮信德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14119
• 代理人: 楊凱;連慧敏

本發明屬于微位移傳感器技術領域，具體涉及一種基于復合式光柵的微位移傳感器，所述激光器的下方設置有分束光柵，所述分束光柵的正一級衍射光路和負一級衍射光路上分別設置有第一反射鏡、第二反射鏡，所述第二反射鏡的反射光路上設置有第三反射鏡，所述第三反射鏡的反射光路上設置有分束鏡，所述分束鏡的透射光路上設置有位移反射鏡，所述干涉儀探測器設置在分束鏡的一側，所述第一反射鏡的反射光路上設置有上層光柵，所述第一下層光柵的下方設置有第一探測器，所述第二下層光柵的下方設置有第二探測器。本發明在Talbot像離面方向上光強呈正弦變化的原理實現了位移測量。本發明用于微位移的測量。

技術領域

本發明屬于微位移傳感器技術領域，具體涉及一種基于復合式光柵的微位移傳感器。

背景技術

超精密定位檢測技術是現代精密制造的一個重要技術領域，而納米級的位移測量技術又是制約超精密定位技術發展的一個核心。其中，納米光柵檢測法由于其高分辨率、體積小、抗電磁干擾等優點獲得了廣泛應用。目前，光柵檢測位移的主要原理是激光器發出的光經光柵衍射后，其正負級衍射光經過反射光路后重合，進而使其發生干涉。基于傅里葉光學原理可知，干涉光的光強、相位等信息反映了光柵的位置信息。所以，通過對干涉光的測量即可計算出位移量。但是，為產生兩路具有固定相位差的輸出信號，傳統測量方法存在著以下問題：1.多利用偏振光學元件實現干涉測量，結構復雜、成本較高；2.采用周期性刻蝕光柵等方法實現輔助定位，缺乏通用性等問題。以上問題限制了它在很多場合的應用。

發明內容

針對上述偏振光學元件結構復雜、成本較高，周期性刻蝕光柵方法缺乏通用性的技術問題，本發明提供了一種結構簡單、成本低、精度高的基于復合式光柵的微位移傳感器。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種基于復合式光柵的微位移傳感器，包括激光器、分束光柵、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、分束鏡、干涉儀探測器、上層光柵、位移反射鏡、第一下層光柵、第二下層光柵、第一探測器、第二探測器，所述激光器的下方設置有分束光柵，所述分束光柵的正一級衍射光路和負一級衍射光路上分別設置有第一反射鏡、第二反射鏡，所述第二反射鏡的反射光路上設置有第三反射鏡，所述第三反射鏡的反射光路上設置有分束鏡，所述分束鏡的透射光路上設置有位移反射鏡，所述干涉儀探測器設置在分束鏡的一側，所述第一反射鏡的反射光路上設置有上層光柵，所述上層光柵的下方設置有第一下層光柵、第二下層光柵，所述第一下層光柵、第二下層光柵并列設置，所述第一下層光柵的下方設置有第一探測器，所述第二下層光柵的下方設置有第二探測器；所述激光器發出的光經分束光柵衍射出正一級衍射光和負一級衍射光，所述正一級衍射光經第一反射鏡反射后垂直入射上層光柵，經上層光柵衍射后產生Talbot像，所述Talbot像區域內放置第一下層光柵、第二下層光柵，所述第一下層光柵、第二下層光柵透過的光束由第一探測器、第二探測器接收；所述負一級衍射光經第二反射鏡反射后垂直入射分束鏡，經分束鏡分出反射光和透射光，所述反射光入射到第三反射鏡，所述透射光入射到位移反射鏡上，所述第三反射鏡、位移反射鏡的反射光再經分束鏡透射和反射后光路重合，產生的干涉光束由干涉儀探測器接收。

所述上層光柵與位移反射鏡并列設置在底座上。

所述第一下層光柵、第二下層光柵的基底厚度相差四分之一個Talbot像的長度。

所述分束光柵、上層光柵、第一下層光柵、第二下層光柵的材料均采用Si，所述分束光柵、上層光柵、第一下層光柵、第二下層光柵的光柵占空比為0.5，所述分束光柵、上層光柵、第一下層光柵、第二下層光柵的光柵周期均為800nm。

所述分束光柵的光柵厚度為200nm，所述上層光柵6的光柵厚度為766nm。

所述激光器的波長為0.635μm，所述激光器1的功率為1.2mW。

所述干涉儀探測器的測量分辨率為317.5nm。

本發明與現有技術相比，具有的有益效果是：