拼接光栅位移测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术提供一种拼接光栅位移测量系统及测量方法，其中的方法包括S1、双频激光器发出固定频差的两束激光，一束作为测量光，另一束作为参考光；S2、测量光与参考光分别通过光纤耦合输出模块进入读数头；其中，测量光经读数头入射到移动的拼接光栅发生衍射后返回读数头，并透过读数头进入光纤耦合接收模块，参考光在读数头内折转后进入光纤耦合接收模块，参考光与测量光在光纤耦合接收模块内发生干涉形成干涉信号；S3、光纤耦合接收模块将干涉信号上传至信号处理系统进行处理，获得光栅运动的位移量。本发明专利技术能够在实现长行程测量的同时减少数据处理所需的光纤耦合接收器的数量，从光学结构上实现拼接光栅位移测量系统的小型化设计。

【技术实现步骤摘要】
拼接光栅位移测量系统及测量方法
本专利技术涉及精密位移测量
，特别涉及一种拼接光栅位移测量系统及测量方法。
技术介绍
目前，在超精密位移测量领域，激光干涉仪与光栅位移测量系统均能够实现纳米级分辨率及大量程的测量。但激光干涉仪受限于其测量原理，在实现米级尺寸的测量时需要严格控制环境变量，成本十分巨大。光栅位移测量系统以光栅的栅距作为测量基准，对环境要求较低，但由于受到光栅制作工艺的限制，在实现大量程测量时存在问题。申请号为201710735473.X的中国专利技术专利公开一种长行程、高精度测量的光栅位移测量系统，通过多块光栅拼接外延最终可实现米级尺寸的测量。但是该专利技术专利中的外差测量系统采用的是两路频率不同的衍射光束共光路，易受到系统光学元件加工制造缺陷的影响，产生频率混叠，从而带来较大的周期非线性误差，影响测量精度；为解决频率混叠的影响，通常采用的手段是将两路频率不同的信号进行分离，由于系统中光栅以上下两层分布，需要两套信号处理单元对上下两路信号分别进行处理，两路频率不同的信号在分离后，需要采用四套信号处理单元进行信号采集与处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拼接光栅位移测量系统，包括双频激光器、光纤耦合输出模块、光纤耦合接收模块和信号处理系统，其特征在于，还包括读数头，所述双频激光器发出固定频差的测量光和参考光，所述测量光与所述参考光分别通过所述光纤耦合输出模块进入所述读数头，所述测量光经所述读数头入射到移动的拼接光栅发生衍射后返回所述读数头，并透过所述读数头进入所述光纤耦合接收模块，所述参考光在所述读数头内折转后进入所述光纤耦合接收模块，并与所述测量光发生干涉形成干涉信号，所述光纤耦合接收模块将所述干涉信号上传至信号处理系统进行处理，获得所述拼接光栅的位移量。/n

【技术特征摘要】
1.一种拼接光栅位移测量系统，包括双频激光器、光纤耦合输出模块、光纤耦合接收模块和信号处理系统，其特征在于，还包括读数头，所述双频激光器发出固定频差的测量光和参考光，所述测量光与所述参考光分别通过所述光纤耦合输出模块进入所述读数头，所述测量光经所述读数头入射到移动的拼接光栅发生衍射后返回所述读数头，并透过所述读数头进入所述光纤耦合接收模块，所述参考光在所述读数头内折转后进入所述光纤耦合接收模块，并与所述测量光发生干涉形成干涉信号，所述光纤耦合接收模块将所述干涉信号上传至信号处理系统进行处理，获得所述拼接光栅的位移量。


2.如权利要求1所述的拼接光栅位移测量系统，其特征在于，所述光纤耦合输出模块包括第一光纤耦合器和第二光纤耦合器，所述光纤耦合接收模块包括第三光纤耦合器和第四光纤耦合器；其中，
所述测量光通过所述第一光纤耦合器进入所述读数头，经所述读数头分成两路后分别入射到所述拼接光栅的表面获得±1级衍射光；
所述参考光通过所述第二光纤耦合器进入所述读数头，经所述读数头分成两路，其中一路参考光与+1级衍射光同时进入第三光纤耦合器发生干涉，另一路参考光与-1衍射光同时进入所述第四光纤耦合器发生干涉，所述第三光纤耦合器和所述第四光纤耦合器分别将接收到的干涉信号转换为电信号后发送至所述信号处理系统。


3.如权利要求2所述的拼接光栅位移测量系统，其特征在于，所述读数头包括两个分光棱镜、两个反射棱镜、一个偏振分光棱镜和一个在出射面贴有四分之一波片的折射棱镜；其中，
所述测量光经一个分光棱镜分成两路，其中一路测量光经一个反射棱镜、所述偏振分光棱镜、所述折射棱镜后，再经所述四分之一波片以Littrow角出射到所述拼接光栅的表面，获得+1级衍射光；另一路测量光经所述偏振分光棱镜、所述折射棱镜后，再经所述四分之一波片以Littrow角出射到所述拼接光栅的表面，获得-1级衍射光；所述+1级衍射光与所述-1级衍射光再次经过所述四分之一波片转换为P偏正光后透过所述折射棱镜分别进入所述第三光纤耦合器和所述第四光纤耦合器；
所述参考光经另一个分光棱镜分成两路，其中一路参考光经所述偏振分光棱镜反射后进入所述第四光纤耦合器，另一路参考光经另一个反射棱镜、所述偏振分光棱镜反射后进入所述第三光纤耦合器。


4.如权利要求3所述的拼接光栅位移测量系统，其特征在于，所述拼接光栅由至少两块光栅拼接而成。


5.如权利要求4所述的拼接光栅位移测量系统，其特征在于，所述拼接光栅由三块光栅拼接而成，其中的两块光栅搭接在另一块光栅的两端，且在两块光栅的重叠部分中，槽与槽相对应，脊与脊相对应。


6.一种拼接光栅位移测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、双频激光器发出固定频差的两束激光，一束作为测量光，另一束作为参考光；
S2、所述测量光与所述参考光分别通过所述光纤耦合输出模块进入所述读数头；其中，所述测量光经所述读数头入射到移动的拼接光栅发生衍射后返回所述读数头，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文昊，刘林，刘兆武，尹云飞，白宇，王玮，于宏柱，吉日嘎兰图，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22