一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术适用于光电测量技术领域，涉及一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置和方法。该装置将激光器发射的激光束经过分光处理，并使用两个单模保偏光纤产生两个具备干涉条件的点衍射光源，两个光纤的出射端并排对齐设置在光纤固定环内形成探头，使得其形成的两个点衍射光源的出射光线平行，进而在空间内形成干涉的条纹图像，偏振相机采集到两个时刻的条纹图像后，经过计算设备的分析可以确定两个时刻件该被测对象的偏移情况，探头与被测对象固定连接，可以实现对被测对象的振动偏移量的测量，亚波长量级孔径的单模保偏光纤具备较大孔径角范围和较高光能量，能够有效地提高低频振动测量的精度，可用于对存在振动影响的测量仪器的校准。的校准。的校准。

【技术实现步骤摘要】
一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置和方法


[0001]本专利技术适用于光电测量
，涉及一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置和方法。

技术介绍

[0002]目前，随着对振动传感器等对振动较为敏感设备的测量精度要求的提高，对于该类设备的高精度振动校准成为亟待解决的问题。当前针对该类设备的校准方法主要有激光干涉法、比较法、地球重力法和机器视觉法等，然而这些方法通常只能测量一个方向的振动，无法实时测量振动台三个方向的振动，难以实时评估振动台横向振动和重力分量的影响，制约了低频振动校准效果的提升。采用点衍射干涉技术可以实现空间三维坐标的测量，点衍射干涉是通过将点衍射波前作为高精度球面波前，一部分由被测面反射作为检测波前，另一部分作为参考波前，两者经透镜成像发生干涉，由CCD探测器接收干涉条纹，通过分析干涉条纹计算被测面的误差。但是采用点衍射干涉技术时需要使用针孔点衍射源或者采用单模光纤点衍射源，针孔点衍射源的尺寸可以加工到亚波长量级，可得到较大孔径角的点衍射波前，但其光耦合效率较低(<0.1
‰
)，对应衍射光能量较低，单模光纤点衍射源的光耦合效率较高(>10％)，可以得到较高的衍射光能量，但受纤芯尺寸限制(直径为2
‑
3μm)，其点衍射波前孔径角较小(对应数值孔径NA<0.20)，因而无法同时满足测量对于点衍射波前的高球面精度、大孔径角范围以及较高光能量的需求。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术提供一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置和方法，用以解决现有的点衍射光源的孔径范围和光能量不足，导致的低频振动测量精度较低的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术中基于点衍射干涉的低频振动测量装置的技术方案如下：
[0005]一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置，包括：光路部分、探头部分和测试部分；
[0006]所述光路部分包括：激光器、第一光路和第二光路，所述激光器产生的激光束经过线偏振处理后射入偏光分光棱镜产生p光和s光，p光依次经过第一1/4波片和第一耦合器进入第一单模保偏光纤，形成所述第一光路，s光依次经过第二1/4波片和第二耦合器进入第二单模保偏光纤，形成所述第二光路，所述第一单模保偏光纤和所述第二单模保偏光纤的出光孔径均为亚波长量级；
[0007]所述探头部分包括：光纤固定环，所述第一单模保偏光纤与所述第二单模保偏光纤并排设置在所述光纤固定环内，所述第一单模保偏光纤的出射端和所述第二单模保偏光纤的出射端为对齐设置，且均从所述光纤固定环的入口进入指向其出口，所述探头部分用于固定安装在被测对象上；
[0008]所述测试部分包括：偏振相机和计算设备，所述偏振相机与所述探头部分相对设
置，用于采集所述第一单模保偏光纤的出射光线与所述第二单模保偏光纤的出射光线干涉形成的条纹图像，所述计算设备连接所述偏振相机，用于对所述偏振相机采集的至少两个时刻的条纹图像进行分析，得到任意两个时刻间所述被测对象的振动偏移量。
[0009]可选的是，所述第一单模保偏光纤和所述第二单模保偏光纤的出射端均为使用熔拉法拉制的锥形针尖，所述锥形针尖的锥面包裹有金属膜。
[0010]可选的是，所述金属膜的材料为铬金属。
[0011]可选的是，所述第一单模保偏光纤的锥形针尖的针头与所述第二单模保偏光纤的锥形针尖的针头均与所述光纤固定环的出口所在的面为共面设置。
[0012]可选的是，所述激光器为可见光波段激光器，所述激光器发出的激光束的波长范围在632.8nm至532nm之间。
[0013]可选的是，所述偏振相机包括像元面阵以及设置在所述像元面阵前的偏光面阵，所述偏光面阵的像素单元为2
×
2微偏振器构成，四个微偏振器的透光轴方向分别为0
°
、45
°
、90
°
和135
°
。
[0014]一种基于点衍射干涉的低频振动测量方法，所述低频振动测量方法用于上述低频振动测量装置及其改进方案，包括以下步骤：
[0015]在第一时刻的所述激光器产生激光束后，获取第一条纹图像，并根据所述第一条纹图像，得到所述探头部分所在的第一空间位置信息；
[0016]在第二时刻的所述激光器产生激光束后，获取第二条纹图像，并根据所述第二条纹图像，得到所述探头部分所在的第二空间位置信息；
[0017]对比所述第一空间位置信息和所述第二空间位置信息，确定所述探头部分的振动偏移量为所述被测对象的振动偏移量。
[0018]可选的是，所述根据所述第一条纹图像，得到所述探头部分所在的第一空间位置信息包括：
[0019]根据所述第一条纹图像，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第一空间坐标和所述第二单模保偏光纤的出射端的第二空间坐标；
[0020]确定所述第一空间坐标和所述第二空间坐标的中心点的坐标为所述探头部分所在的第一空间位置信息；
[0021]相应地，所述根据所述第二条纹图像，得到所述探头部分所在的第二空间位置信息包括：
[0022]根据所述第二条纹图像，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第三空间坐标和所述第二单模保偏光纤的出射端的第四空间坐标；
[0023]确定所述第三空间坐标和所述第四空间坐标的中心点的坐标为所述探头部分所在的第一空间位置信息。
[0024]可选的是，在所述根据所述第二条纹图像，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第三空间坐标和所述第二单模保偏光纤的出射端的第四空间坐标之后，还包括：
[0025]计算所述第一空间坐标与所述第三空间坐标的第一偏移量，以及所述第二空间坐标与所述第四空间坐标的第二偏移量；
[0026]检测所述第一偏移量与所述第二偏移量的误差是否小于误差值；
[0027]相应地，所述对比所述第一空间位置信息和所述第二空间位置信息，确定所述探
头部分的振动偏移量为所述被测对象的振动偏移量包括：
[0028]若所述第一偏移量与所述第二偏移量的误差小于误差阈值，则对比所述第一空间位置信息和所述第二空间位置信息，确定所述探头部分的振动偏移量为所述被测对象的振动偏移量。
[0029]可选的是，所述根据所述第一条纹图像，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第一空间坐标和所述第二单模保偏光纤的出射端的第二空间坐标包括：
[0030]提取所述第一条纹图像中除图像中心点以外的N个像素点的图像坐标，N为大于5的整数；
[0031]根据所述N个像素点的图像坐标，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第一空间坐标和所述第二单模保偏光纤的出射端的第二空间坐标；
[0032]相应地，所述根据所述第二条纹图像，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第三空间坐标和所述第二单模保偏光纤的出射端的第四空间坐标包括：
[0033]提取所述第二条纹图像中除图像中心点以外的N个像素点的图像坐标；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置，其特征在于，包括：光路部分、探头部分和测试部分；所述光路部分包括：激光器、第一光路和第二光路，所述激光器产生的激光束经过线偏振处理后射入偏光分光棱镜产生p光和s光，p光依次经过第一1/4波片和第一耦合器进入第一单模保偏光纤，形成所述第一光路，s光依次经过第二1/4波片和第二耦合器进入第二单模保偏光纤，形成所述第二光路，所述第一单模保偏光纤和所述第二单模保偏光纤的出光孔径均为亚波长量级；所述探头部分包括：光纤固定环，所述第一单模保偏光纤与所述第二单模保偏光纤并排设置在所述光纤固定环内，所述第一单模保偏光纤的出射端和所述第二单模保偏光纤的出射端为对齐设置，且均从所述光纤固定环的入口进入指向其出口，所述探头部分用于固定安装在被测对象上；所述测试部分包括：偏振相机和计算设备，所述偏振相机与所述探头部分相对设置，用于采集所述第一单模保偏光纤的出射光线与所述第二单模保偏光纤的出射光线干涉形成的条纹图像，所述计算设备连接所述偏振相机，用于对所述偏振相机采集的至少两个时刻的条纹图像进行分析，得到任意两个时刻间所述被测对象的振动偏移量。2.根据权利要求1所述的低频振动测量装置，其特征在于，所述第一单模保偏光纤和所述第二单模保偏光纤的出射端均为使用熔拉法拉制的锥形针尖，所述锥形针尖的锥面包裹有金属膜，所述锥形针尖的针头为出光处，该出光处的出光孔径为亚波长量级。3.根据权利要求2所述的低频振动测量装置，其特征在于，所述金属膜的材料为铬金属。4.根据权利要求2所述的低频振动测量装置，其特征在于，所述第一单模保偏光纤的锥形针尖的针头与所述第二单模保偏光纤的锥形针尖的针头均与所述光纤固定环的出口所在的面为共面设置。5.根据权利要求2所述的低频振动测量装置，其特征在于，所述激光器为可见光波段激光器，所述激光器发出的激光束的波长范围在632.8nm至532nm之间。6.根据权利要求1至5任一项所述的低频振动测量装置，其特征在于，所述偏振相机包括像元面阵以及设置在所述像元面阵前的偏光面阵，所述偏光面阵的像素单元为2
×
2微偏振器构成，四个微偏振器的透光轴方向分别为0
°
、45
°
、90
°
和135
°
。7.一种基于点衍射干涉的低频振动测量方法，其特征在于，所述低频振动测量方法用于上述权利要求1至9任一项所述的低频振动测量装置，包括以下步骤：在第一时刻的所述激光器产生激光束后，获取第一条纹图像，并根据所述第一条纹图像，得到所述探头部...

【专利技术属性】
技术研发人员：任翔，孙钦密，王振宇，李海滨，冯海盈，付翀，张中杰，王雪杨，李晓东，赵伟明，单海娣，邹炳蔚，章剑，何力人，徐凯，赵辉，李丹，赵楚亚，李雪飞，李柯言，程媛媛，王世闯，王丽玥，李晨希，李智，姚杉，王慧，于美丽，朱青，李一冉，
申请(专利权)人：河南省计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：