[其他]斜行光干涉儀伸縮計量方法及裝置

無效

• 申請號: 86104916
• 申請日: 1986-08-08
• 公開（公告）號: CN86104916A
• 公開（公告）日: 1988-02-17
• 發明（設計）人: 李志超;黃文浩
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01B15/08
• 分類號: G01B15/08;G01B9/02
• 代理公司: 中國科學院合肥專利事務所
• 代理人: 趙烏蘭

本發明屬于長度計量技術領域。

用激光干涉法測量微小伸縮或位移，是長度計量的最精密的方法。在長度計量中最多使用的是邁克爾遜干涉儀。這種干涉儀一般以大尺度（米級量程）計量為目的，分辨能力約1/8波長（約80nm）。清華大學朱鶴年和張培林在《埃分辨率的激光系統及其在材料電致形變測量中的應用》（《中國激光》1983年第10卷第8.9期）一文中提出了小變量高靈敏度計量系統，該系統可達埃的測量分辯率。但是這種計量系統電路較復雜，而且需用昂貴的穩頻激光器。

也可用法布里·白洛干涉儀進行長度計量。歐洲專利EP-101-726-A提供的裝置，能測量微小位移，但因壓電陶瓷動程很小，僅靠干涉儀間距不變就不能進行大量程計量，同時測量中受干涉儀間隙中的物理變化的影響。而李志超等人把法布里·白洛干涉儀用于磁致伸縮計量，由于把光程差減小到0.1mm水平，減小了物理變化對測量的影響，并獲得3nm的分辨力（《金屬材料研究》1984年10月第40頁）。它的缺點是：當長度變化量值比半波長大時，從示波屏上圖形的移動來讀出數據是困難的，當變化進行較快時變為不可能。

本發明的目的在于提供一種斜行光干涉儀伸縮計量方法及裝置，它能擴大量程，方便讀數。

本發明的任務是以如下方式完成的：法布里·白洛干涉儀的一個鏡片，通過中心測桿與待測物接觸，隨待測物一起運動，另一鏡片粘在壓電陶瓷的自由端，壓電陶瓷在掃描電壓的作用下，帶動鏡片作掃描運動。采用二支或二支以上光束，至少有一支光通過法布里·白洛干涉儀時的行進方向與伸縮位移方向或干涉儀法線方向有夾角。該夾角的形成，可以是光束正入射，干涉儀斜放;可以是干涉儀正放，光束斜入射;以及干涉儀斜放，光束取任意方向。法布里·白洛干涉儀的光程差公式是：

△＝2d·COSθ＝kλ

式中△為透射光束之間的光程差，d為鏡間距離，θ為光束與鏡面法線的交角，λ為光波長，k為干涉級數。當k為整數時干涉光強為極大。在斜行光束上，干涉光極大值的間隔，對應的位移量不是δd＝λ/2，而是大于λ/2的值：λ/2COSθ。因而在示波圖上，正入射光束和斜行光束的峰間距不同，它們的排列正如游標卡尺一樣，正入射光好象主尺，斜行光好象游標，根據它們與掃描電壓波形的相位關系，可以得到待測物的伸縮或位移變化量。

當待測量為△d時，在正入射光束（干涉儀正放）上對應干涉級數變化為△K₀，在斜行光束上對應干涉級數變化為△K₁，分別用右上角標i和d表示它們的整數和小數部分：

△K₀＝△K^l_O+△K^d_o△K₁＝△Kⁱ₁+△K^d₁

在｜△Kⁱ₀-△Kⁱ₁｜＜1的范圍，對于一定的△Kⁱ₀有：

△Kⁱ₀＝（△K^d₀COSθ-△K^d₁）/（1-COSθ）

式中分子的COSθ經常可當成1而忽略，通過此式可以僅由△K^d₀和△K^d₁算出△Kⁱ₀的數值，從而得到待測量值。在實際操作中，先測出干涉光極大值所對應的各壓電陶瓷上的電壓值，由壓電陶瓷的伸長量與電壓的函數關系決定其伸長量，再按上式算出△K₀。如果｜△Kⁱ₀-△Kⁱ₁｜超過了1，可以用普通長度計量方法判斷△K₀的區間，以決定其所超整數。當干涉儀斜放，入射光束的行進方與干涉儀的法線方向一致時，干涉儀間距d的變化比引起變化的伸縮位移值小一個因子COSθ，在讀數和計算△Kⁱ₀的數學關系上，與上述斜入射光的方法完全一樣。當二支光束，一支入射角為0，另一支入射角為適當的θ，同時進入一個干涉儀時，二支方向夾角不為0的光束，在示波圖上的峰間距不同，根據它們與掃描電壓波形間的相位關系，可以得到待測物的伸縮或位移變化量。