一种劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置及方法，将劈尖加入到激光自混事干涉系统的外腔，由此可以得到一对具有相位差的自混合干涉信号，而且相位差可以通过改变第二光澜的位置进行便捷地调节，从而实现简单、便捷的正交位移重构，解决了因为光学元件加工精度和光学元件调节造成非正交相位误差问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及精密光学干涉测量
，具体地，涉及一种劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置及方法。

技术介绍

[0002]自混合干涉仪是集光源、干涉具及检测器于一体的单光路干涉仪。自混合干涉效应在检测领域是一种具有高灵敏度的新技术，可以测量多种物理参数，包括位移、速度、加速度、流量、折射率和激光线宽等，还有应用在生物医药、成像等方面。当激光器发出的激光通过外部物体的反射或散射后进入激光腔内，腔内光与反馈光发生自混合干涉，导致激光器输出光的光强和波长发生变化。与传统干涉仪原理相比，两种干涉信号波形的形状相似，条纹分辨率相同，但激光自混合干涉仪具有光路简单、不需要附加滤波器等优点。但是传统的激光自混合干涉位移测量仪，需要激光器处于适度光反馈水平，从而利用自混合干涉信号的倾斜方向，提前判断目标位移方向，然后还进行相位展开重构目标位移。这种方法对目标表面的反射系数有一定的要求，不适用于微弱反馈水平，而且无法实现目标位移的实时重构，无法满足制造业不同工况下的实时测量需求。
[0003]在公告日为2020.04.21的中国专利技术专利：相位调制型正交偏振激光反馈光栅干涉仪及其测量方法中，测量原理基于光栅衍射、光学多普勒效应、Lamb半经典理论和时域正交解调原理。双折射双频氦氖激光器输出的正交偏振光垂直入射至偏振分光棱镜被分成两束不同偏振方向的线偏振光，这两束偏振光分别经过两个不同的电光调制器后分别被反射镜以
±
1级利特罗入射角入射到反射式衍射光栅上。衍射光分别沿各自的入射光返回激光腔内与腔内光发生自混合干涉。激光器后向输出光经偏振片后只保留单模光，并被光电探测器接受，光电探测器输出信号输出至数据处理模块进行数据处理，得到待测目标的二维位移。
[0004]如以上专利中所示，正交解调算法对实现目标位移重构是一种快速、高灵敏度的方法。但是目前总体而言，构造两路正交的自混合干涉信号的方法，仍然会受光学元件的加工精度和光路调节制约，容易造成非正交相位误差，导致位移重构误差。而且引入的光电调制器等光学元件不仅增加了仪器成本，也造成了仪器调节困难。因此，现有技术仍有一定的局限性，研究简单的光路结构以产生两路正交的自混合信号是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]为了克服现有基于正交解调算法的激光自混合干涉测量仪存在的非正交误差、仪器体积庞大、结构复杂等技术问题，本专利技术提出一种劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置，包括劈尖、可调衰减片、激光器、第一光澜、第二光澜、微动平台、信号采集模块以及信号处理模块；其中：
[0007]所述劈尖、可调衰减片、激光器以及第一光澜用于与被测目标依序直线排布，构成
劈尖正交激光自混合干涉光路；
[0008]所述第二光澜搭载于所述微动平台，设于所述劈尖的反射光路上；
[0009]所述信号采集模块用于采集检测过程中由所述第一光澜以及第二光澜分别出射的两路具有相位差的自混合干涉信号，传送至所述信号处理模块；
[0010]所述信号处理模块用于为微动平台提供驱动信号，使所述第二光澜沿光斑的径向移动；还用于通过劈尖正交位移检测算法，由所述自混合干涉信号获得被测目标的位移。
[0011]相较于现有技术，本专利技术只是将劈尖加入到激光自混事干涉系统的外腔，由此可以得到一对具有相位差的自混合干涉信号，而且相位差可以通过改变第二光澜的位置进行便捷地调节，从而实现简单、便捷的正交位移重构，解决了因为光学元件加工精度和光学元件调节造成非正交相位误差问题。
[0012]作为一种优选方案，所述信号采集模块包括第一光电探测器、第二光电探测器以及数据采集卡；其中：
[0013]所述数据采集卡分别连接所述第一光电探测器以及第二光电探测器；
[0014]所述第一光电探测器设于所述第一光澜的出射方向；
[0015]所述第二光电探测器搭载于所述微动平台，设于所述第二光澜的出射方向。
[0016]作为一种优选方案，所述劈尖正交位移检测算法包括正交判定算法和正交解调算法。
[0017]进一步的，所述正交判定算法包括以下处理过程：
[0018]将所述自混合干涉信号进行归一化，构造对应的Lissjous图形；如果所述Lissjous图形是个圆，则判定所述自混合干涉信号的相位差为90
°
；否则通过所述信号处理模块控制微动平台使第二光澜沿光斑的径向移动，直到所述自混合干涉信号的Lissjous图形为一个圆形，获得两路归一化的相位差为90
°
的自混合干涉信号。
[0019]更进一步的，所述正交解调算法按以下公式表示：
[0020][0021]其中，D
m
(t)表示被测目标的位移；unwrap[]表示unwrap函数；atan2()表示反正切运算；λ0为无反馈时所述激光器的输出光频率；P1(t)、P2(t)为归一化的相位差为90
°
自混合干涉信号。
[0022]作为一种优选方案，所述激光器为激光波长为632.8nm的He
‑
Ne激光器。
[0023]作为一种优选方案，所述信号处理模块以计算机的LabVIEW程序为平台，通过劈尖正交位移检测算法，由所述自混合干涉信号获得被测目标的位移。
[0024]本专利技术还包括以下内容：
[0025]一种计算机存储介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置的信号处理模块的功能。
[0026]一种计算机设备，包括存储介质、处理器以及储存在所述存储介质中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置的信号处理模块的功能。
[0027]一种基于前述的劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置实现的位移检测方法，包
括以下步骤：
[0028]S1，按预设的光路设置被测目标以及所述劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置的光学元件，使被测目标的反射光反馈回激光器内部形成自混合干涉；
[0029]S2，获取所述信号采集模块采集到的两路具有相位差的自混合干涉信号；
[0030]S3，通过所述劈尖正交位移检测算法中的正交判定算法，判断这两路具有相位差的自混合干涉信号的相位差是否为90
°
，如果不是，驱动所述微动平台使第二光澜沿光斑的径向移动，直到这两路具有相位差的自混合干涉信号的相位差90
°
；
[0031]S4，所述劈尖正交位移检测算法中的正交解调算法，由所述自混合干涉信号获得被测目标的位移。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例1提供的劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置的简示图；
[0033]图2为包含劈尖的等效F
‑
P模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置，其特征在于，包括劈尖、可调衰减片、激光器、第一光澜、第二光澜、微动平台、信号采集模块以及信号处理模块；其中：所述劈尖、可调衰减片、激光器以及第一光澜用于与被测目标依序直线排布，构成劈尖正交激光自混合干涉光路；所述第二光澜搭载于所述微动平台，设于所述劈尖的反射光路上；所述信号采集模块用于采集检测过程中由所述第一光澜以及第二光澜分别出射的两路具有相位差的自混合干涉信号，传送至所述信号处理模块；所述信号处理模块用于为微动平台提供驱动信号，使所述第二光澜沿光斑的径向移动；还用于通过劈尖正交位移检测算法，由所述自混合干涉信号获得被测目标的位移。2.根据权利要求1所述的劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置，其特征在于，所述信号采集模块包括第一光电探测器、第二光电探测器以及数据采集卡；其中：所述数据采集卡分别连接所述第一光电探测器以及第二光电探测器；所述第一光电探测器设于所述第一光澜的出射方向；所述第二光电探测器搭载于所述微动平台，设于所述第二光澜的出射方向。3.根据权利要求1所述的劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置，其特征在于，所述劈尖正交位移检测算法包括正交判定算法和正交解调算法。4.根据权利要求3所述的劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置，其特征在于，所述正交判定算法包括以下处理过程：将所述自混合干涉信号进行归一化，构造对应的Lissjous图形；如果所述Lissjous图形是个圆，则判定所述自混合干涉信号的相位差为90
°
；否则通过所述信号处理模块控制微动平台使第二光澜沿光斑的径向移动，直到所述自混合干涉信号的Lissjous图形为一个圆形，获得两路归一化的相位差为90
°
的自混合干涉信号。5.根据权利要求4所述的劈尖正交激光自混合干涉位移检测装置，其特征在于，所述正交解调算法按以下公式表示：其中，D
m
(t)表示被测...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄贞，李栋宇，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：