[發明專利]實現透明材料厚度和傾斜角度測量的系統及方法

在審

• 申請號: 202110920032.3
• 申請日: 2021-08-11
• 公開（公告）號: CN113465520A
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 李春艷;劉繼紅;李庚鵬;喬琳;李可;呂政;羅豆
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01B11/26;G01C9/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

1.一種實現透明材料厚度和傾斜角度測量的系統，包括厚度測量單元，所述厚度測量單元包括第一光源(1)、耦合器(3)、色散物鏡(4)、分光系統(5)、光電探測器(6)和數據處理模塊(13)；

所述第一光源(1)發出的復色光波經耦合器(3)、色散物鏡(4)傳輸至被測透明材料(14)表面，在色散物鏡(4)的作用下，復色光波中的λ₁光波、λ₂光波分別聚焦于被測透明材料(14)的上表面和下表面，被測透明材料(14)的上表面和下表面分別將λ₁光波、λ₂光波反射回色散物鏡(4)，經耦合器(3)、分光系統(5)后被光電探測器(6)接收，光電探測器(6)將接收到的λ₁光波、λ₂光波的信號傳輸至數據處理模塊(7)；

其特征在于：還包括傾斜角度測量單元；

所述傾斜角度測量單元包括第一分光棱鏡(8)、第二分光棱鏡(9)、第二光源(10)和自準直光學系統(11)；所述第一分光棱鏡(8)設置在被測透明材料(14)上方，用于對λ₁光波、λ₂光波進行反射，所述第二分光棱鏡(9)設置在分光系統(5)和光電探測器(6)之間，用于對λ₁光波、λ₂光波進行透射；

所述第二光源(10)發出的λ₃光波經第二分光棱鏡(9)的透射、自準直光學系統(11)的準直作用后，成為平行光束出射，平行光束經第一分光棱鏡(8)的透射傳輸至被測透明材料(14)的上表面，經被測透明材料(14)上表面反射回第一分光棱鏡(8)和自準直光學系統(11)，經自準直光學系統(11)聚焦和第二分光棱鏡(9)的反射后，聚焦在光電探測器(6)端面，被光電探測器(6)接收；

所述光電探測器(6)將接收到的λ₁光波、λ₂光波和λ₃光波信號輸送至數據處理模塊(13)，數據處理模塊(13)解算λ₁光波、λ₂光波的光譜，并獲得λ₃光波在光電探測器(6)上的聚焦點偏離光電探測器(6)中心的距離，通過信號處理和數據解算，得到被測透明材料(14)的傾斜角度，并通過傾斜角度對測量厚度進行修正，獲得被測透明材料(14)的實際厚度H_S；

所述數據處理模塊(13)包括計算機程序，所述計算機程序被執行時實現以下算法：

其中，h₀為λ₁光波、λ₂光波在空氣中的軸向色散距離；n為被測透明材料(14)的折射率，θ₁為λ₂光波入射至被測透明材料(14)上表面的入射角；H_C為被測透明材料(14)的測量厚度；y’為λ₃光波在光電探測器(6)上的聚焦點偏離光電探測器(6)中心的距離；f’為自準直光學系統(11)的焦距，θ為被測透明材料(14)的表面傾斜角度。

2.根據權利要求1所述的實現透明材料厚度和傾斜角度測量的系統，其特征在于：還包括電控裝置(12)；所述電控裝置(12)分別與數據處理模塊(13)和第二光源(10)連接，數據處理模塊(13)根據接收的數據控制第二光源(10)的工作狀態。

3.根據權利要求1所述的實現透明材料厚度和傾斜角度測量的系統，其特征在于：所述第一光源(1)和耦合器(3)通過第一光纖(2)連接，所述耦合器(3)和分光系統(5)通過第二光纖(7)連接。

4.根據權利要求1所述的實現透明材料厚度和傾斜角度測量的系統，其特征在于：所述色散物鏡(4)的軸線與自準直光學系統(11)的軸線垂直；所述第一分光棱鏡(8)的中心處于色散物鏡(4)軸線和自準直光學系統(11)軸線的交點上。