一种激光自混合的位移精密测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光自混合的位移精密测量方法及系统，该方法包括：激光器发出激光至待测物体上，待测物体发生位移；激光在待测物体上发生反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内，发生激光自混合干涉；采集自混合信号，并将光信号转化成电信号；采用EEMD算法对电信号进行去噪；对去噪后的电信号进行归一化处理，并根据对称折叠算法计算光反馈因子和线宽展宽因子；根据相位展开算法进行位移重构。本测量方法利用光反馈自混合干涉，通过EEMD算法对自混合干涉信号进行去噪，可以得到纯净的自混合干涉信号，并结合对称折叠算法计算光反馈因子和线宽展宽因子，最后通过相位展开算法进行位移重构，测量误差小，实现精密长度测量，精度可达nm级别。

【技术实现步骤摘要】
一种激光自混合的位移精密测量方法及系统
本专利技术涉及精密测量
，特别涉及一种激光自混合的位移精密测量方法及系统。
技术介绍
随着现代精密制造的飞速发展，精密测量成为各国研究的重点。其中长度测量技术在航空航天、军事国防、安全生产、地理科学、电子控制技术等高精密领域中有着重要应用。各个领域对长度的测量都有着很高的精度要求，从最初对长度测量的概念，到现如今对测量长度精度的要求日益增大，这使得各个领域都寻求着一种能够高精度地进行长度测量的方法。典型的位移长度测量系统有条纹计数法、相位锁定法、模跳测量法，自适应方法以及外差相位法等。激光有着高亮度、单色性、方向性好和高相干性四大优点，这些优点使它成为了现在测量领域的主流。1963年首次发现了激光自混合干涉效应，激光自混合干涉是指激光器输出光被外部物体反射或散射后，部分光反馈回激光器内，与激光腔内光相混合后，引起激光器输出功率发生变化的现象，也可称为光回馈，通过检测其功率与频率的变化可以得知外部物体的运动信息。激光自混合干涉长度测量方法由此诞生，该方法可以稳定地测量各个参数，测量精度能达到nm级别，能满足绝大多数领域对精度的需求。自混合干涉只有一个光学通道，对比于传统激光干涉，有着结构简单、易准直等优点。激光自混合干涉技术利用光反馈效应来测量运动物体的微位移，具有很高的研究价值，但是，反馈效应会对激光器的输出特性产生不利影响，光反馈会引起的各种光噪声、谱线展宽、相干猝灭等现象。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种易操作，测量精度高的激光自混合的位移精密测量方法。其采用如下技术方案：一种激光自混合的位移精密测量方法，其包括：激光器发出激光至待测物体上，所述待测物体发生位移；激光在待测物体上发生反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内，发生激光自混合干涉；采集自混合信号，并将光信号转化成电信号；采用EEMD算法对电信号进行去噪；对去噪后的电信号进行归一化处理，并根据对称折叠算法计算光反馈因子和线宽展宽因子；根据相位展开算法进行位移重构。作为本专利技术的进一步改进，所述采集自混合信号，并将光信号转化成电信号之后，采用EEMD算法对电信号进行去噪之前还包括：将所述电信号放大。作为本专利技术的进一步改进，所述将所述电信号放大，具体包括：通过信号放大电路将所述电信号放大。作为本专利技术的进一步改进，所述采集自混合信号，并将光信号转化成电信号，具体包括：利用光电探测器采集自混合信号，并将光信号转化成电信号。作为本专利技术的进一步改进，通过在待测物体上贴反射片实现激光的反射。本专利技术目的在于还提供一种结构简单，易操作，测量精度高的激光自混合的位移精密测量系统，其采用如下技术方案：一种激光自混合的位移精密测量系统，包括：激光器，用于发出激光至待测物体上；反射片，设于待测物体上，用于将激光反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内，并发送激光自混合干涉；光电探测器，用于采集自混合信号，并将光信号转化成电信号；计算机，用于对电信号进行处理，具体包括：采用EEMD算法对电信号进行去噪；对去噪后的电信号进行归一化处理，并根据对称折叠算法计算光反馈因子和线宽展宽因子；根据相位展开算法进行位移重构。作为本专利技术的进一步改进，还包括：信号放大器，用于在对电信号进行处理前将所述电信号放大。作为本专利技术的进一步改进，还包括三维位移台，用于调节各器件位置，使激光在所述反射片上反射后可以沿原路反馈回激光器谐振腔内。作为本专利技术的进一步改进，还包括：采集卡，用于采集所述电信号并其将导入所述计算机。作为本专利技术的进一步改进，所述计算机安装有Matlab软件，利用Matlab软件对电信号进行处理。本专利技术的有益效果：本专利技术激光自混合的位移精密测量方法利用光反馈自混合干涉，通过EEMD算法对自混合干涉信号进行去噪，可以得到纯净的自混合干涉信号，并结合对称折叠算法计算光反馈因子和线宽展宽因子，最后通过相位展开算法进行位移重构，测量误差小，实现精密长度测量，精度可达nm级别。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1是本专利技术实施例中激光自混合的位移精密测量方法的流程图；图2是本专利技术实施例中激光自混合的位移精密测量系统的示意图；图3是本专利技术实施例中EEMD算法的流程图；图4是本专利技术实施例中的激光自混合干涉信号；图5是本专利技术实施例中去噪后的自混合干涉信号；图6是本专利技术实施例中选取的部分自混合干涉信号；图7为相位包裹信号和重构出的位移信号。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例一本专利技术实施例一中的激光自混合的位移精密测量方法，包括以下步骤：步骤S10、激光器发出激光至待测物体上，所述待测物体发生位移。步骤S20、激光在待测物体上发生反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内，发生激光自混合干涉。具体的，通过在待测物体上贴反射片实现激光的反射。其中，当半导体激光器输出光束照射到反射片上时，一部分光被反射片反射或散射回激光腔内，形成光反馈效应，这种效应引起激光器的输出功率以及输出光功率的变化，发生半导体激光自混合干涉现象，形成激光自混合干涉条纹。步骤S30、采集自混合信号，并将光信号转化成电信号。具体的，利用光电探测器采集自混合信号，并将光信号转化成电信号。步骤S40、将所述电信号放大。其中，光电探测器由光信号转变出的电信号微弱不易观察，需要将其放大进行观察。步骤S50、采用EEMD算法对电信号进行去噪。EEMD算法如图3所示。其中，大多数信号都会包含许多突变或者尖峰锐变成分，只有通过去噪得到相对纯净的自混合干涉信号，才能尽量减少不必要的误差，提高测量精度。步骤S60、对去噪后的电信号进行归一化处理，并根据对称折叠算法计算光反馈因子和线宽展宽因子。其中，归一化将信号分布在[-1,1]之间。步骤S70、根据相位展开算法进行位移重构。实现精密长度测量，精度可达nm级别。实施例二一种激光自混合的位移精密测量系统，包括：激光器，用于发出激光至待测物体上；反射片，设于待测物体上，用于将激光反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内，并发送激光自混合干涉；光电探测器，用于采集自混合信号，并将光信号转化成电信号；计算机，用于对电信号进行处理，具体包括：采用EEMD算法对电信号进行去噪；对去噪后的电信号进行归一化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光自混合的位移精密测量方法，其特征在于，包括：/n激光器发出激光至待测物体上，所述待测物体发生位移；/n激光在待测物体上发生反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内，发生激光自混合干涉；/n采集自混合信号，并将光信号转化成电信号；/n采用EEMD算法对电信号进行去噪；/n对去噪后的电信号进行归一化处理，并根据对称折叠算法计算光反馈因子和线宽展宽因子；/n根据相位展开算法进行位移重构。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光自混合的位移精密测量方法，其特征在于，包括：
激光器发出激光至待测物体上，所述待测物体发生位移；
激光在待测物体上发生反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内，发生激光自混合干涉；
采集自混合信号，并将光信号转化成电信号；
采用EEMD算法对电信号进行去噪；
对去噪后的电信号进行归一化处理，并根据对称折叠算法计算光反馈因子和线宽展宽因子；
根据相位展开算法进行位移重构。


2.如权利要求1所述的激光自混合的位移精密测量方法，其特征在于，所述采集自混合信号，并将光信号转化成电信号之后，采用EEMD算法对电信号进行去噪之前还包括：
将所述电信号放大。


3.如权利要求2所述的激光自混合的位移精密测量方法，其特征在于，所述将所述电信号放大，具体包括：
通过信号放大电路将所述电信号放大。


4.如权利要求1所述的激光自混合的位移精密测量方法，其特征在于，所述采集自混合信号，并将光信号转化成电信号，具体包括：利用光电探测器采集自混合信号，并将光信号转化成电信号。


5.如权利要求1所述的激光自混合的位移精密测量方法，其特征在于，通过在待测物体上贴反射片实现激光的反射。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伦彬，朱均超，周皓，吕林华，马骏，
申请(专利权)人：苏州集成校准检测认证有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32