基於triz的多功能雷射幹涉測量裝置設計及其方法
2023-10-04 11:26:29 2
基於triz的多功能雷射幹涉測量裝置設計及其方法
【專利摘要】本發明公開了多功能雷射幹涉測量裝置設計及方法，其設計方法是：對賈民(Jiman)幹涉儀進行分析，發現該儀器系統的適應性較差，根據TRIZ技術衝突解決原理，改善儀器系統的適應性，同時減弱幹涉條紋的明亮度，以矛盾矩陣表推薦的八個發明原理作為增加系統有用功能的技術進化路線，將賈民幹涉儀進化成多功能雷射幹涉測量裝置。其組成包括：(1)雷射器；（2）楔形體半透明半反射玻璃；（3）第一反射鏡；（4）第二反射鏡；（5）第三反射鏡；（6）第四反射鏡；（7）第五反射鏡；（8）相位調節器；（9）光電二極體；（10）差分器；（11）相關器。該儀器適用於高精度監測溶液濃度微小變化量、檢測固體物體微小變化量和物質波。
【專利說明】基於TRIZ的多功能雷射幹涉測量裝置設計及其方法【技術領域】
[0001]本發明涉及利用TRIZ和光學幹涉原理設計的測量裝置及其方法，尤其涉及一種基於TRIZ的多功能雷射幹涉測量裝置設計及其方法。
【背景技術】[0002]TRIZ是千百萬個高水平發明專利統計而提煉出來的創新方法，是科學發現、技術研發和製造過程的精髓，是當今世界最先進的創新方法之一。TRIZ可對技術系統未來的結構狀態序列進行較為清晰的描述並具備較強的可操作性。1880年，美國物理學家邁克耳遜在柏林大學的H.V.亥姆霍茲實驗室，探測地球在「以太」中運動時，將賈民(Jiman)幹涉儀改進成邁克耳遜幹涉儀，並使用其進行基本度量學研究獲得1907年諾貝爾物理獎。一百多年來，人類在邁克耳遜幹涉儀基礎上研發了許多種類用於不同用途的幹涉儀。為了增加雷射幹涉儀的有用功能，提高儀器的測量精度，將賈民(Jiman)幹涉儀確定為設計系統，運用TRIZ設計一條增加系統有用功能的技術進化路線。
[0003]光學幹涉原理是利用分束器將一束相干光分為兩束，其中一束作為參考光，另一束經過相位調製器產生一個相位差，這個相位調製器與待測的物理量有關，然後兩束光重新匯聚，由於相位差的產生，匯聚到一起的兩束光發生幹涉，輸出的光強隨著相位差變換而變化，這樣通過光強的測量就能夠獲得相位差的值，進而獲得待測物理量的值。由於光波的相位非常敏感，因此這樣測得的物理量可以實現非常高的精度。因此，目前許多的精密測量是利用光學幹涉方法來實現的，例如引力波探測、微納米位移測量、光纖陀螺和光纖聲納探測等。雖然不同的測量系統採用不同的幹涉儀，如馬赫一增德爾幹涉儀、麥可遜幹涉儀、Sagnac幹涉儀等，但這些幹涉儀的基本原理都是基本相同的。
[0004]基於TRIZ的多功能雷射幹涉測量裝置是許多大型探測儀器的重要組成部分和關鍵核心技術，本發明運用TRIZ和光學幹涉原理設計一種基於TRIZ的多功能雷射幹涉測量裝置，對許多大型探測儀器的改造升級具有重要的指導意義。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種多功能雷射幹涉測量裝置，它適用於高精度監測溶液濃度微小變化量、檢測固體物體微小變化量和物質波等。為了增加雷射幹涉測量裝置有用功能和提高測量精度，將賈民(Jiman)幹涉儀確定為設計系統，運用TRIZ設計一條增加系統有用功能的技術進化路線，將賈民(Jiman)幹涉進化成為一種多功能雷射幹涉測量裝置。其工作原理是:雷射器產生的相干光束經過楔形體半透明半反射玻璃分成兩個相干光束，其中一個相干光束經過四個反射鏡起到增加幹涉臂的有效長度，提高了測量精度，另一束經過相位調製器，能大範圍內穩定地調節分束光強比值，取得需要的任意位相改變，然後兩個相干光束經過楔形體半透明半反射玻璃輸出兩個幹涉光束，由於相位差的產生，匯聚到一起的兩束光發生幹涉，經過光路傳輸光信號由PIN光電二極體轉化為電信號，分差器將電信號進行足夠的放大，然後在混頻單元使高頻信號變為低頻信號，相關器利用透鏡的傅氏變換特性和光學上的空間濾波原理，將待識別圖像與參考圖像進行相關運算，從而實現兩個函數或圖像之間的相似度測量，以及在相關器的顯示器上放大光學圖像用圖像分割技術分析物體或物質波的相關性質，進而獲得待測物理量的值。
[0006]本發明的有益效果是:簡單實用，操作方便，具有時間解析度精度高，響應速度快，用途廣，可以實時測量，便於生產等應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]下面結合附圖和實施例對本發明專利進一步說明。
[0008]圖1是賈民(Jiman)幹涉儀光路圖。
[0009]圖2是多功能雷射幹涉測量裝置光路圖。
[0010]圖1中S為雷射器，以及兩塊等厚度的玻璃塊。
[0011]圖2中1.雷射器；2.楔形體半透明半反射玻璃；3.第一反射鏡；4.第二反射鏡；5.第三反射鏡；6.第四反射鏡；7.第五反射鏡；8.相位調節器；9.光電二極體；10.差分器；11.相關器。
【具體實施方式】
[0012]設X為技術衝突集合，X =Ix1, X2，…，X丄其中的每個元素Xi(i≥η)都代表一對由工程參數構成的技術矛盾衝突；設Y為TRIZ的發明原理解集合，Y ={yi，y2，…，y丄其中的每個元素yJiSn)都代表對應於Xi (i Sn)的發明原理解子集；由此X、Y均為有限集，各包含η2個元素。衝突矩陣表明X與Y間存在一對應法則F，使得對於X中的元素XiQ≥η)，有Y中的唯一的YiQSn)與之對應，即形成如下的映射關係:
F:X —Y(I)
該對應法則F可以根據(I)式所述內容表示成為技術衝突——發明原理解關係矩陣
[C]:
【權利要求】
1.基於TRIZ的多功能雷射幹涉測量裝置，其組成特徵在於它包括:(1)雷射器；(2)楔形體半透明半反射玻璃；(3)第一反射鏡；(4)第二反射鏡；(5)第三反射鏡；(6)第四反射鏡；(7)第五反射鏡；(8)相位調節器；(9)光電二極體；(10)差分器；(11)相關器。
2.由權利要求1所述的基於TRIZ的多功能雷射幹涉測量裝置，其工作原理特徵在於:該儀器的雷射器產生的相干光束經過楔形體半透明半反射玻璃分成兩個相干光束，其中一個相干光束經過四個反射鏡起到增加幹涉臂的有效長度，提高了測量精度，另一束經過相位調製器，能大範圍內穩定地調節分束光強比值，取得需要的任意位相改變，然後兩個相干光束經過楔形體半透明半反射玻璃輸出兩個幹涉光束，由於相位差的產生，匯聚到一起的兩束光發生幹涉，經過光路傳輸光信號由PIN光電二極體轉化為電信號，分差器將電信號進行足夠的放大，然後在混頻單元使高頻信號變為低頻信號，相關器利用透鏡的傅氏變換特性和光學上的空間濾波原理，將待識別圖像與參考圖像進行相關運算，從而實現兩個函數或圖像之間的相似度測量，以及在相關器的顯示器上放大光學圖像用圖像分割技術分析物體或物質波的相關性質，進而獲得待測物理量的值。
3.由權利要求1所述的基於TRIZ的多功能雷射幹涉測量裝置，其設計及方法解決的技術問題的必要技術特徵在於:設X為技術衝突集合，X =IX11X2, - ,xj,其中的每個元素Xi (i ( η)都代表一對由工程參數構成的技術矛盾衝突；設Y為TRIZ的發明原理解集合，Y= Iyi, Iv…，yj,其中的每個元素yi(i < η)都代表對應於XiQ < η)的發明原理解子集；由此X、Y均為有限集，各包含η2個元素；衝突矩陣表明X與Y間存在一對應法則F，使得對於X中的元素XiQ≤η)，有Y中的唯一的YiQSn)與之對應，即形成如下的映射關係:
【文檔編號】G01N21/45GK103454250SQ201310427693
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月20日 優先權日:2013年9月20日
【發明者】吳壽煜, 張宇紅, 吳佳蓬 申請人:江南大學