用於絕對距離測量的雙頻雷射幹涉儀及其測量方法
2023-12-05 06:25:51
專利名稱：用於絕對距離測量的雙頻雷射幹涉儀及其測量方法
技術領域：
本發明涉及絕對距離測量幹涉儀，特別是一種用於絕對距離測量的雙頻雷射幹涉儀及其測量方法。
背景技術：
距離測量在工業生產及科研中佔有重要地位。幹涉測量技術因為具有高精度、高解析度、非接觸性等優點被廣泛應用於絕對距離測量。正弦相位調製幹涉技術是一種國際前沿的幹涉測量技術，具有精度高、調製方便、結構簡單等優點，長期以來受到研究人員的重視，在絕對距離測量領域得到了很大發展。用於絕對距離測量的正弦相位調製幹涉儀具有納米精度，但測量範圍只有半個波長。為了解決這個問題，0. ^saki等提出了一種雙波長半導體雷射幹涉儀(在先技術[1] 「Two-wave1ength sinusoidal phase modulating laser-diodeinterferometer insensitive to external disturbances", Appl. Opt. 30，4040-4045，1991)。此幹涉儀採用兩個光源，利用合成波長技術將測量範圍擴大到152 μ m，擴大了測量範圍，但仍然無法滿足釐米量級的大範圍測量，此外，由於在測量過程中，利用近似的幹涉信號表達式對數據進行處理
權利要求
1.一種用於絕對距離測量的雙頻雷射幹涉儀，特徵在於其結構包括所述的用於絕對距離測量的雙頻雷射幹涉儀構成包括帶有第一光源控制器O)的第一光源(1)、帶有第二光源控制器(11)的第二光源(10)、第一光纖耦合器(3)、第二光纖耦合器(5)、隔離器0)、 準直器(6)、光電探測器(7)、壓電陶瓷(9)、數據採集卡(1 和計算機(13)，所述的第一光源控制器( 為第一光源(1)提供直流驅動電流、三角波交流電流或正弦交流電流，由第一光源(1)發射的光束通過第一段光纖(301)進入第一光纖耦合器(3)內，由第一光纖耦合器(3)出射後，通過第二段光纖(30 進入隔離器G)，由隔離器出射後，通過第三段光纖(501)進入第二光纖耦合器(5)內，由第二光纖耦合器(5)出射後通過第四段光纖(502)，經過準直器(6)準直後照射到被測物體(8)上，由被測物體(8)表面反射的光和由準直器(6)出射端面反射的光通過準直器(6)後，經由第二光纖耦合器(5)、第五段光纖 (503)入射到光電探測器(7)內，所述的第二雷射控制器(11)為第二光源(10)提供直流驅動電流和正弦交流電流，第二光源(10)的中心波長不等於第一光源(1)的中心波長，由第二光源(10)發射的光束通過第六段光纖(30 進入第一光纖耦合器(3)，由第一光纖耦合器(3)出射後，通過第二段光纖(30 射入隔離器G)，由隔離器出射後，通過第三段光纖(501)進入第二光纖耦合器(5)內，由第二光纖耦合器(5)出射後通過第四段光纖 (502)，經過準直器(6)準直後照射到被測物體⑶上，由被測物體⑶表面反射的光和由準直器(6)端面反射的光通過準直器(6)後，經由第二光纖耦合器(5)、第五段光纖(503) 進入所述的光電探測器(7)內，準直器(6)上固定有壓電陶瓷(9)，數據採集卡(1 的第一輸出埠(12b)與第一光源控制器( 相連，第二輸出埠(12c)與第二光源控制器(11) 相連，第三輸出埠(12e)與計算機(13)的輸入端相連，第四輸出埠(12f)與壓電陶瓷 (9)相連，第一輸入埠(12a)與所述的光電探測器(7)的輸出端相連，所述的數據採集卡 (12)的第二輸入埠(12d)與計算機(1 的輸出埠相連，所述的計算機(1 具有絕對距離測量程序，該程序包括粗測模塊和細測模塊，在測量過程中，粗測模塊利用線性調頻技術得到距離粗測值，細測模塊根據距離粗測值確定正弦相位調製深度，並利用相關參數通過求解線性方程組計算幹涉信號的相位。
2.根據權利要求1所述的雙頻雷射幹涉儀，其特徵在於所述的第一光源和第二光源均是半導體雷射器，而且兩光源的發射波長λρ入2不相等。
3.根據權利要求1所述的雙頻雷射幹涉儀，其特徵在於所述的第一光源控制器具有溫度控制和電流控制兩個模塊，溫度控制模塊用於控制第一光源的溫度，使第一光源的溫度僅在士0. 01°C的範圍內變化，電流控制模塊為第一光源提供直流偏置和交流信號。
4.根據權利要求1所述的雙頻雷射幹涉儀，其特徵在於所述的第二光源控制器具有溫度控制和電流控制兩個模塊，溫度控制模塊用於控制第二光源的溫度，使第二光源的溫度僅在士0. 01°C的範圍內變化，電流控制模塊為第二光源提供直流偏置和交流信號。
5.根據權利要求1所述的雙頻雷射幹涉儀，其特徵在於所述的隔離器只能使第一光源和第二光源發射的光通過，而從光路中返回的光束不能通過。
6.利用權利要求1所述的絕對距離測量的雙頻雷射幹涉儀進行絕對距離的測量方法， 其特徵在於具體測量步驟如下①參數測定開啟第一光源(1)，並使其注入電流保持為直流，利用數據採集卡(12)產生的正弦信號驅動壓電陶瓷(9)，使壓電陶瓷(9)產生一個振幅大於λ^/8而小於λ^/4正弦振動，此時所述的光電探測器(7)所探測到的幹涉信號為 p1 『 (t) = s1s0^s1s11cos [ α i ⑴ + α 01]，提取幹涉信號p/ (t)的直流分量sjtll，並利用下列公式計算幹涉信號p1' (t)的交流幅值s1s11s1s11cos[a ^t)+ α01] = p1' (t)-s1s01 ；開啟第二光源(10)，利用相同的方法確定p2' (t)的直流分量s2stl2與交流幅值；②將相關參數sjtll，s1s11,s2s02, s2s12導入絕對距離測量程序；③距離粗測值1。的確定距離粗測模塊控制數據採集卡(1 輸出三角波信號對第一光源(1)的注入電流進行調製，並採集光電探測器(7)探測到的線性調頻信號 Sc(t) = C1 cos[a -
全文摘要
一種用於絕對距離測量的雙頻雷射幹涉儀及其測量方法，該雙頻雷射幹涉儀的結構包括光源、光纖耦合器、隔離器、準直器、光電探測器、壓電陶瓷、數據採集卡和計算機。所述的光源是兩個波長不相等的半導體雷射器，且帶有光源控制器；光電探測器將接收到的幹涉信號轉換成電信號輸入到數據採集卡內，並通過計算機進行數據處理得到待測距離。本發明幹涉儀將線性調頻技術與正弦相位調製幹涉測量技術相結合，擴大了測量範圍，利用相關參數通過求解線性方程組計算幹涉信號的相位，從原理上消除了光源的光強調製引起的系統誤差，提高了測量精度。
文檔編號G01B11/02GK102168944SQ20101061252
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者李中梁, 步揚, 王向朝, 王渤帆 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所