線性調頻多光束雷射外差測量玻璃厚度的裝置及方法
2024-01-26 16:01:15 1
線性調頻多光束雷射外差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測量玻璃厚度的裝置及方法，屬於精密玻璃厚度測量【技術領域】。解決了現有雷射外差信號頻譜解調後只能得到單一的待測參數值，導致測量玻璃厚度的誤差大的問題。本發明的調頻雷射器發射的雷射經二號反射鏡反射後入射至一號反射鏡，經一號反射鏡反射後的光束入射至平面玻璃；該入射光經平板玻璃的前表面與平板玻璃的後表面多次反射後獲得多束反射光，該多束反射光經平板玻璃透射之後經會聚透鏡匯聚至光電探測器的光敏面上；經光電探測器進行光電轉換後的電流信號發送至濾波器經濾波器的濾波後信號輸出至前置放大器，再經A/D轉換器轉換後發送至數位訊號處理器。本發明適用於測量玻璃厚度。
【專利說明】線性調頻多光束雷射外差測量玻璃厚度的裝置及方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於精密玻璃厚度測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]精密玻璃厚度測量是工程領域一直需要面對和解決的問題。隨著科學技術的發展，厚度測量方法不斷的推陳出新，包括光學測量法、幹涉測量法和衍射法等。利用這些方法一般都不能達到高準確度角度測量的要求。
[0003]由於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，因此使用光學測厚的方法得到了越來越廣泛的應用。而在光學測量法中，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，測量玻璃厚度的誤差大。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決現有雷射外差信號頻譜解調後只能得到單一的待測參數值，導致測量玻璃厚度的誤差大的 問題。提出了線性調頻多光束雷射外差測量玻璃厚度的裝置及方法。
[0005]線性調頻多光束雷射外差測量玻璃厚度的裝置，該裝置包括數位訊號處理器、A/D轉換器、前置放大器、濾波器、光電探測器、會聚透鏡、平板玻璃、一號反射鏡、二號反射鏡和調頻雷射器；
[0006]調頻雷射器發射的雷射經二號反射鏡反射後入射至一號反射鏡，經一號反射鏡反射後的光束入射至平面玻璃；該入射光經平板玻璃的前表面與平板玻璃的後表面多次反射後獲得多束反射光，該多束反射光經平板玻璃透射之後經會聚透鏡匯聚至光電探測器的光敏面上；
[0007]經光電探測器進行光電轉換後的電流信號輸出端連接濾波器的信號輸入端，濾波器的濾波後信號輸出端連接前置放大器的信號輸入端，前置放大器的放大信號輸出端連接A/D轉換器的模擬信號輸入端，A/D轉換器的數位訊號輸出端連接數位訊號處理器的信號輸入端。
[0008]線性調頻多光束雷射外差測量玻璃厚度的方法，該方法的具體步驟為:
[0009]步驟一、採用調頻雷射器發射雷射，雷射經一號反射鏡和二號反射鏡兩次反射後斜射至平板玻璃；同時記錄光束斜射至平板玻璃的入射角Θ ^ ;並測量調頻雷射器發射雷射的到入射平板玻璃之間的光程1，計算平板玻璃的入射光場E (t)、反射光場E1 (t)和經平板玻璃透射的光在不同時刻被平板玻璃多次反射的光場E2 (t)、E3 (t)、…、Em(t)...；
[0010]入射光場的數學表達式為:
[0011]E (t) = E0exp {i (ω 0t+kt2)} (1-1)
AF
[0012]其中，灸=1^為調頻帶寬的變化率，T為調頻周期，Λ F為調頻帶寬；EQ為入射光場振幅，t為時間，Otl為光場角頻率；i是虛數單位；
[0013]根據公式(1-1)獲得t-1/c時刻到達平板玻璃前表面的反射光場為:
【權利要求】
1.線性調頻多光束雷射外差測量玻璃厚度的裝置，其特徵在於，該裝置包括數位訊號處理器⑴、A/D轉換器⑵、前置放大器(3)、濾波器⑷、光電探測器(5)、會聚透鏡(6)、平板玻璃(7)、一號反射鏡(8)、二號反射鏡(9)和調頻雷射器(10)； 調頻雷射器(10)發射的雷射經二號反射鏡(9)反射後入射至一號反射鏡(8)，經一號反射鏡(8)反射後的光束入射至平面玻璃(7);該入射光經平板玻璃(7)的前表面與平板玻璃(7)的後表面多次反射後獲得多束反射光，該多束反射光經平板玻璃(7)透射之後經會聚透鏡(6)匯聚至光電探測器(6)的光敏面上； 經光電探測器(5)進行光電轉換後的電流信號輸出端連接濾波器(4)的信號輸入端，濾波器(4)的濾波後信號輸出端連接前置放大器(3)的信號輸入端，前置放大器(3)的放大信號輸出端連接A/D轉換器(2)的模擬信號輸入端，A/D轉換器(2)的數位訊號輸出端連接數位訊號處理器(I)的信號輸入端。
2.根據權利要求1所述的線性調頻多光束雷射外差測量玻璃厚度的裝置，其特徵在於，濾波器(4)是低通濾波器。
3.線性調頻多光束雷射外差測量玻璃厚度的裝置測量玻璃厚度的方法，其特徵在於，該方法的具體步驟為: 步驟一、採用調頻雷射器(10)發射雷射，雷射經一號反射鏡(8)和二號反射鏡(9)兩次反射後斜射至平板玻璃(7);同時記錄光束斜射至平板玻璃(7)的入射角Gtl;並測量調頻雷射器(10)發射雷射的到入射平板玻璃(7)之間的光程1，計算平板玻璃(7)的入射光場E(t)、反射光場E1U)和經平板玻璃透射的光在不同時刻被平板玻璃多次反射的光場E2(t)、E3(t)、...、Em(t)...； 入射光場的數學表達式為:
E (t) = E0exp {i (ω 0t+kt2)} (1-1) 其中，& = f為調頻帶寬的變化率，T為調頻周期，Λ F為調頻帶寬為入射光場振幅，t為時間，ω。為光場角頻率；i是虛數單位； 根據公式(1-1)獲得t-1/c時刻到達平板玻璃前表面的反射光場為:
【文檔編號】G01B11/06GK103940354SQ201410206121
【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, 冉玲苓, 楊九如, 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