[發明專利]電光調制激光干涉線位移及角位移測量裝置和方法

有效

• 申請號: 202011344390.6
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112629571B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 黃騰超;王先帆;車雙良;舒曉武
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01B11/26;G01B11/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發明公開了一種電光調制激光干涉線位移及角位移測量裝置和方法，屬于精密測量領域。該裝置包括一個單頻He?Ne激光器、一個電光相位調制器、三個光電探測器、兩個測量角錐反射鏡以及若干光學元件，單頻He?Ne激光器用于產生及發射線偏振光，電光相位調制器給參考激光信號相位調制，一個光電探測器探測參考激光干涉信號，另外兩個光電探測器分別探測由兩個測量角錐反射鏡得到的兩個測量干涉信號，若干光學元件用于控制激光傳輸方向和偏振態，通過解調技術得到參考干涉信號和測量干涉信號的相位，繼而分別得到兩個測量干涉信號與參考干涉信號的相位差，即可得到對應的線位移和角位移。

技術領域

本發明涉及線位移和角位移測量領域，具體涉及一種電光調制激光干涉線位移及角位移測量裝置和方法。

背景技術

精密加工制造產業的不斷發展和完善，要求測量技術和裝置的精度不斷提高，而激光干涉技術將會主要的技術實現手段用于高精密測量領域。激光干涉儀是以激光波長作為長度基準進行高精度測量的重要手段，其具有測量精度高、可溯源等優點。根據激光干涉儀的工作原理，激光干涉儀主要分為零差激光干涉儀和外差激光干涉儀兩個類。

對于零差激光干涉儀，其典型激光光路結構就是邁克爾遜干涉儀，其采用分束鏡將單頻He-Ne激光器發出的激光束分為參考激光光束和測量激光光束，分別射向參考反射鏡和測量反射鏡，反射回來的參考激光光束和測量激光光束在分束鏡上干涉，干涉信號被光電探測器所探測，通過解調探測器的光強信息就可以得到測量反射鏡的位移。零差激光干涉儀的光路簡單，信號處理方便，然而由于光電探測器的帶寬有限，光電探測器所探測到的干涉信號是直流信號，其抗干擾能力較弱，易受環境干擾。

外差激光干涉儀有兩種形式，一種是采用基于塞曼效應的雙頻He-Ne激光器，在外加磁場作用下，激光器可以出射兩束頻率不同，偏振方向正交的激光束，通過利用分束鏡、偏振分束鏡、角錐反射鏡等器件分別獲取參考激光干涉信號和測量激光干涉信號，通過相位計得到待測物體的位移等信息；另一種是采用聲光移頻器，通過分光鏡將普通單頻He-Ne激光器發出的激光束分成兩束，其中一束激光經過聲光移頻器后激光頻率發生改變，經過外差探測得到參考激光干涉信號和測量激光干涉信號，通過比較兩個干涉信號的頻率差就可以得到待測物體的位移等信息。相比于零差干涉儀，外差干涉儀得到的干涉信號是交流信號，具有精度高、抗干擾能力強等優點，然而外差干涉儀由于采用偏振元器件會給測量結果引入周期性非線性誤差，另外雙頻He-Ne激光器和聲光移頻器的價格較高，所以外差激光干涉儀的研制和生產成本較高。

為了彌補零差干涉儀和外差干涉儀的缺點，研究學者們后續提出了相位調制激光干涉儀，通過采用壓電陶瓷(PZT)或者電光相位調制器(EOM)調節激光干涉儀參考臂的光程差或者相位差，將激光干涉儀的參考信號和測量信號都疊加到調制頻率的載波上，使得激光干涉儀探測的干涉信號為交流信號，增加其抗干擾能力。然而，目前相位調制激光干涉儀只是用于位移測量，無法滿足于角位移測量以及線位移和角位移同時測量。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種電光調制激光干涉線位移及角位移測量裝置和方法，采用了三個光電探測器和兩個測量角錐反射鏡，其中一個探測器探測參考激光干涉信號，準確得到電光相位調制器的調制頻率，進一步的，兩個光電探測器分別得到兩個測量激光干涉信號，并通過信號解調技術得到兩個測量角錐反射鏡的位移，通過比較兩個測量角錐反射鏡的位移，該裝置可以實現線位移和角位移同時測量。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一、一種電光調制激光干涉線位移及角位移測量裝置：