一种基于外腔双折射激光自混合位移测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于外腔双折射激光自混合位移测量装置和测量方法，用于精密检测，包括：用于生成正交偏振信号，并进行相位差处理和分光处理得到两个相位差稳定可调的正交偏振信号的初始信号产生部件；用于接收初始信号，并对所述初始信号进行采集处理，以得到目标信号的信号传输部件；用于计算处理所述信号传输部件的采集结果，获取被测目标位移的信号处理部件；所述初始信号产生部件、所述信号传输部件和所述信号处理部件以所述初始信号产生部件

【技术实现步骤摘要】
一种基于外腔双折射激光自混合位移测量装置及测量方法


[0001]本专利技术属于精密光学干涉测量
，尤其涉及一种外腔双折射激光自混合测量装置及测量方法。

技术介绍

[0002]激光自混合干涉仪是集光源、干涉具及检测器于一体的单光路测量仪。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。
[0003]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。
[0004]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。但是目前构造一对正交的自混合干涉信号的方法，受光学元件的加工精度和光路调节制约，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。因此研究简单的光路结构以产生一对正交的自混合信号是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种外腔双折射激光自混合测量装置及测量方法，以解决上述现有技术中存在的技术问题。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]一种基于外腔双折射激光自混合位移测量装置，包括：
[0008]用于生成正交偏振信号，并进行相位差处理和分光处理得到两个相位差稳定可调的正交偏振信号的初始信号产生部件；
[0009]用于接收初始信号，并对所述初始信号进行采集处理，以得到目标信号的信号传输部件；
[0010]用于计算处理所述信号传输部件的采集结果，获取被测目标位移的信号处理部件；
[0011]所述初始信号产生部件、所述信号传输部件和所述信号处理部件以所述初始信号产生部件
‑
所述信号传输部件
‑
所述信号处理部件依次连接。
[0012]优选的，所述初始信号产生部件包括：
[0013]用于产生初始激光信号的多纵模激光器；
[0014]用于对所述初始激光信号进行相位差处理，以获得相位差稳定可调的正交偏振信号的1/4波片；
[0015]用于对所述1/4波片的输出光进行分光，以得到两路振动方向互相垂直的光束的渥拉斯顿棱镜；
[0016]用于连接所述多纵模激光器和待测目标的衰减片；以及待测目标；
[0017]在同一水平线上所述多纵模激光器、1/4波片以及所述渥拉斯顿棱镜依次光路连接，所述多纵模激光器、所述衰减片以及所述待测目标依次光路连接；且，所述渥拉斯顿棱镜和所述待测目标位于同一水平线上的两个方向。
[0018]优选的，所述信号传输部件，包括：
[0019]用于接收所述渥拉斯顿棱镜分离出的一对干涉信号的第一光电探测器和第二光电探测器；
[0020]用于采集所述干涉信号中具有相位差的自混合干涉信号并传送至信号处理部件的数据采集卡；
[0021]其中，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器均与所述渥拉斯顿棱镜光路连接，并且所述第一光电探测器和所述第二光电探测器均与所述数据采集卡信号连接。
[0022]优选的，所述信号处理部件包括：携带正交解调位移重构算法的计算机，以及与所述计算机信号连接，用于驱动待测目标的；
[0023]其中，所述计算机与所述数据采集卡信号连接，接收所述数据采集卡采集的具有相位差的自混合干涉信号。
[0024]一种基于外腔双折射激光自混合位移测量方法，包括以下步骤：
[0025]获取两个相位差稳定可调的正交偏振信号，作为初始信号；
[0026]对所述初始信号进行采集处理，获得目标信号；
[0027]计算处理所述目标信号，获取被测目标位移。
[0028]优选的，获取两个相位差稳定可调的正交偏振信号，作为初始信号，具体包括：
[0029]获取初始激光信号；
[0030]对所述初始激光信号进行相位差处理，得到相位差稳定可调的正交偏振信号；
[0031]对所述正交偏振信号进行分光处理，得到两路振动方向互相垂直的光束作为初始信号。
[0032]优选的，对所述初始信号进行采集处理，获得目标信号，具体包括：
[0033]利用光电效应对所述初始信号进行模数转换；
[0034]对所述模数转换后的所述初始信号中具有相位差的自混合干涉信号进行数据采集，得到目标信号。
[0035]优选的，计算处理所述目标信号，获取被测目标位移，具体包括：
[0036]采用正交解调位移重构算法对所述目标信号进行数据处理，得到被测目标位移；
[0037]其中，所述正交解调位移重构算法，是对得到的一对具有相位差的自混合干涉信号利用除法器和反正切模块进行反正切变换可以得到相移，用相位展开算法对其进行去包裹变换后可以得到真正的相移，最后计算得到物体位移变化的函数。
[0038]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0039]在本专利技术中只是将1/4波片加入到激光自混合干涉系统的外腔，就可以得到一对
具有相位差的自混合干涉信号；同时利用这对有相位差的自混合干涉信号，通过正交相移算法得到正交信号，简化获得正交信号的方法，简单高效，对自混合干涉仪的设计和高精度在线测量具有指导意义。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0041]图1为本专利技术装置示意图。
[0042]图2为包含1/4波片和渥拉斯顿棱镜等效F
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P模型示意图。
[0043]图3为本专利技术正交解调位移重构算法示意图。
[0044]图4为任意位移下的位移重建结果图。
[0045]图5为多纵模激光器的实验结果图。
[0046]其中，1
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多纵模激光器，2
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衰减片，3
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待测目标，4
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1/4波片，5
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渥拉斯顿棱镜，6
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第一光电探测器，7
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第二光电探测器，8
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数据采集卡，9
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计算机，10
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于外腔双折射激光自混合位移测量装置，其特征在于，包括：用于生成正交偏振信号，并进行相位差处理和分光处理得到两个相位差稳定可调的正交偏振信号的初始信号产生部件；用于接收初始信号，并对所述初始信号进行采集处理，以得到目标信号的信号传输部件；用于计算处理所述信号传输部件的采集结果，获取被测目标位移的信号处理部件；所述初始信号产生部件、所述信号传输部件和所述信号处理部件以所述初始信号产生部件
‑
所述信号传输部件
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所述信号处理部件依次连接。2.根据权利要求1所述的一种基于外腔双折射激光自混合位移测量装置，其特征在于，所述初始信号产生部件包括：用于产生初始激光信号的多纵模激光器；用于对所述初始激光信号进行相位差处理，以获得相位差稳定可调的正交偏振信号的1/4波片；用于对所述1/4波片的输出光进行分光，以得到两路振动方向互相垂直的光束的渥拉斯顿棱镜；用于连接所述多纵模激光器和待测目标的衰减片；以及待测目标；在同一水平线上所述多纵模激光器、1/4波片以及所述渥拉斯顿棱镜依次光路连接，所述多纵模激光器、所述衰减片以及所述待测目标依次光路连接；且，所述渥拉斯顿棱镜和所述待测目标位于同一水平线上的两个方向。3.根据权利要求2所述的一种基于外腔双折射激光自混合位移测量装置，其特征在于，所述信号传输部件，包括：用于接收所述渥拉斯顿棱镜分离出的一对干涉信号的第一光电探测器和第二光电探测器；用于采集所述干涉信号中具有相位差的自混合干涉信号并传送至信号处理部件的数据采集卡；其中，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器均与所述渥拉斯顿棱镜光路连接，并且所述第一光电探测器和所述第二光电探测器均与所述数据采集卡信号连接。...

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