線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置及方法
2024-01-28 22:20:15
線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置及方法
【專利摘要】線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置及方法，屬於光學測量【技術領域】。本發明為了解決現有玻璃厚度的測量方法，由於只能得到單一的待測參數值，造成測量結果誤差大的問題。裝置包括包括待測平板玻璃、線性調頻雷射器、第一平面反射鏡、第二平面反射鏡、會聚透鏡、光電探測器和信號處理系統；方法首先打開線性調頻雷射器，使其發出線偏振光，並使光電探測器開始接收光束信號，數位訊號處理器DSP連續採集光電探測器輸出的電信號，並對採集到的差頻信號進行處理，根據頻率與厚度的關係，獲得待測平板玻璃的厚度。本發明用於測量玻璃厚度。
【專利說明】線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置及方法，屬於光學測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]精密玻璃厚度測量是工程領域一直在面對並欲解決的問題。隨著科學技術的發展，厚度測量方法不斷的推陳出新，其中包括光學測量法、幹涉測量法和衍射法等。但是這些方法的測量精度有限，很難滿足高精度厚度測量的需求。
[0003]光學測厚由於具有非接觸性、精度高和結構簡單等特點而備受人們的重視，使用光學方法進行厚度的測量得到了越來越廣泛的應用。在光學測量方法中，雷射外差測量技術繼承了雷射外差技術的諸多優點，是目前超高精度測量方法之一，但傳統的雷射外差信號頻譜解調後只能得到單一的待測參數值，使玻璃厚度的測量結果誤差大。
【發明內容】
[0004]本發明目的是為了解決現有玻璃厚度的測量方法，由於只能得到單一的待測參數值，造成測量結果誤差大的的問題，提供了一種線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置及方法。
[0005]本發明所述線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置，它包括待測平板玻璃，它還包括線性調頻雷射器、第一平面反射鏡、第二平面反射鏡、會聚透鏡、光電探測器和信號處理系統，
[0006]線性調頻雷射器發出的線偏振光經第一平面反射鏡和第二平面反射鏡反射後，斜入射至待測平板玻璃的前表面，經待測平板玻璃前表面透射的光束被待測平板玻璃的後表面反射後，與經待測平板玻璃前表面反射的光束共同被會聚透鏡匯聚到光電探測器的光敏面上，光電探測器將接收的光束信號轉換後獲得電信號，光電探測器輸出電信號給信號處理系統，信號處理系統用於對接收的電信號進行處理，獲得待測平板玻璃的厚度d。
[0007]所述信號處理系統由濾波器、前置放大器、模數轉換器和數位訊號處理器DSP組成，
[0008]光電探測器輸出電信號給信號處理系統的濾波器，經濾波器濾波後傳送給前置放大器，前置放大器將接收的信號放大後輸出模擬信號給模數轉換器，模數轉換器將模擬信號轉換為數位訊號後發送給數位訊號處理器DSP，數位訊號處理器DSP對接收到的數位訊號進行處理，獲得待測平板玻璃的厚度d。
[0009]採用上述線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置實現線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的方法，該方法的過程為:
[0010]首先，打開線性調頻雷射器，使其發出線偏振光，並使光電探測器開始接收光束信號，數位訊號處理器DSP連續採集光電探測器輸出的電信號，並對採集到的差頻信號進行處理，根據頻率與厚度的關係:
[0011]f = Kd,
[0012]獲得待測平板玻璃的厚度d:
[0013]d = f/K,
[0014]式中f為外差信號的頻率，K為比例係數。
[0015]待測平板玻璃的厚度d獲得的具體過程為:
[0016]設定第二平面反射鏡反射後的光束以入射角Qtl斜入射至待測平板玻璃的前表面，此時光電探測器接收的光束信號的總光％ΕΣα)為:
[0017]Es (t) = E1 (t)+E2(t)+...+Em(t), m 為大於 I 的正整數；
[0018]式中E1U)為t-1/c時刻到達待測平板玻璃前表面並被該前表面反射的反射光的光場，按以下公式獲得:
[0019]
【權利要求】
1.一種線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置，它包括待測平板玻璃(1)，其特徵在於，它還包括線性調頻雷射器(2)、第一平面反射鏡(3)、第二平面反射鏡(4)、會聚透鏡(5)、光電探測器(6)和信號處理系統(7)， 線性調頻雷射器(2)發出的線偏振光經第一平面反射鏡(3)和第二平面反射鏡(4)反射後，斜入射至待測平板玻璃(1)的前表面，經待測平板玻璃(1)前表面透射的光束被待測平板玻璃(1)的後表面反射後，與經待測平板玻璃(1)前表面反射的光束共同被會聚透鏡(5)匯聚到光電探測器(6)的光敏面上，光電探測器(6)將接收的光束信號轉換後獲得電信號，光電探測器(6)輸出電信號給信號處理系統(7)，信號處理系統(7)用於對接收的電信號進行處理，獲得待測平板玻璃(1)的厚度d。
2.根據權利要求1所述的線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置，其特徵在於，所述信號處理系統(7)由濾波器(7-1)、前置放大器(7-2)、模數轉換器(7-3)和數位訊號處理器DSP (7-4)組成， 光電探測器(6)輸出電信號給信號處理系統(7)的濾波器(7-1)，經濾波器(7-1)濾波後傳送給前置放大器(7-2)，前置放大器(7-2)將接收的信號放大後輸出模擬信號給模數轉換器(7-3)，模數轉換器(7-3)將模擬信號轉換為數位訊號後發送給數位訊號處理器DSP (7-4)，數位訊號處理器DSP (7-4)對接收到的數位訊號進行處理，獲得待測平板玻璃(1)的厚度d。
3.採用權利要求2所述線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置實現線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的方法，其特徵在於，該方法的過程為: 首先，打開線性調頻雷射器(2)，使其發出線偏振光，並使光電探測器(6)開始接收光束信號，數位訊號處理器DSP(7-4)連續採集光電探測器(6)輸出的電信號，並對採集到的差頻信號進行處理，根據頻率與厚度的關係:f = Kd, 獲得待測平板玻璃(1)的厚度d: d = f/K, 式中f為外差信號的頻率，K為比例係數。
4.根據權利要求3所述的線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的方法，其特徵在於， 待測平板玻璃(1)的厚度d獲得的具體過程為: 設定第二平面反射鏡(4)反射後的光束以入射角Θ ^斜入射至待測平板玻璃(1)的前表面，此時光電探測器(6)接收的光束信號的總光場ΕΣ (t)為:
Ee (t) = E1 (t) +E2 (t) +...+Em (t)，m 為大於 1 的正整數； 式中EJt)為t-1/c時刻到達待測平板玻璃(1)前表面並被該前表面反射的反射光的光場，按以下公式獲得:
5.根據權利要求4所述的線性調頻多光束雷射外差二次諧波法測量玻璃厚度的方法，其特徵在於，COS Θ的結果通過多光束雷射外差二次諧波信號頻譜中兩個頻譜曲線中心頻率的比值ζ獲得:ζ = COS Θ O
【文檔編號】G01B11/06GK103940353SQ201410206058
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】李彥超, 楊九如, 冉玲苓, 高揚, 柳春鬱, 楊瑞海, 杜軍, 丁群, 王春暉, 馬立峰, 於偉波 申請人:黑龍江大學