一种三种模态振动的检测装置及检测方法制造方法及图纸

本申请提供的三种模态振动的检测装置及检测方法，所述激光器(1)发出的光经过透镜(3)后变为平面波，再传播到所述第一平面镜(4)后，其中一部分光被所述第一平面镜(4)反射回去作为参考光，另一部分光透过所述第一平面镜(4)后传播到所述第二平面镜(5)，再经所述第二平面镜(5)反射回去作为测试光，所述参考光与所述测试光经透镜(3)聚焦后发生干涉，形成带有倾斜条纹的干涉图(7)，并被所述相机(2)采集；当环境存在振动时，干涉腔(6)的相对位置和姿态会发生变化，从而带来波前相位的变化，利用相机(2)采集可得到连续时间的多幅干涉图，根据所述多幅干涉图得到波前相位，根据所述波前相位得到三种模态的振动，本申请提供的三种模态振动的检测装置及检测方法，在不改变干涉仪原有的设计基础上，以快速、高效评价环境中的振动，对提升检测效率、检测重复性有极为重要的意义。的意义。的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种三种模态振动的检测装置及检测方法


[0001]本申请涉及光学检测
，特别涉及一种三种模态振动的检测装置及检测方法。

技术介绍

[0002]随着激光技术、CCD技术以及计算机技术的快速发展，干涉检验作为光学表面质量评价、光学系统成像性能评价的检测手段，在光学车间中得到了广泛的应用，基于干涉测量技术出现的高精度激光干涉仪，已成为世界通用的光学表面面形质量评价和光学系统成像性能评价的标准。
[0003]移相干涉测量技术一直是激光干涉仪高精度波前测量的首选测量技术，该技术利用电子成像系统存储一系列具有相移的干涉图，通过计算机分析强度随相移的变化来恢复原始波前相位。该技术虽有较高精度但在实际应用中会受到各类外在因素的干扰，如激光光源稳定性、干涉仪光学元件质量、移相器非线性移动、环境因素等，其中环境因素所引起的振动是最大的误差源。
[0004]移相干涉仪在机械振动等环境干扰下表现不佳，其对振动的灵敏度源于仪器的基本原理。环境敏感性的主要原因是测量一系列相移的干涉图需要时间，因此在测量过程中，由于环境条件的变化导致干涉腔的光路变化改变了预期的相位变化，并在波前测量中产生误差。当有外在高幅度振动时，会使原本对齐的光路轻微偏移，因而获得与理想状态相差较大的干涉图。该类振动引起的图像变化可分为两种：1)图像中干涉条纹形状和数量改变；2)图像中干涉条纹移动方向发生偏移；这会导致其无法准确获取较优干涉图组，严重影响了检测的精度以及重复性。
[0005]为了降低环境振动对移相干涉测量的影响，需要对振动进行精确地测量。一方面，采用主动抗振技术，通过光电探测器获得振动信号,经过反馈信号控制系统反馈给压电陶瓷,控制压电陶瓷(PZT)补偿环境振动引起的相位误差,来实现干涉条纹锁定在预设的位置上。另一方面，可以采用一般测量振动的方法，如激光测量振动系统、光纤振动测量、激光多普勒测振方法等测量方式。然而，它们都是对振动进行整体测量，没有明确区分出三种模态的振动，无法与移相干涉仪配合使用，不利于后续相移干涉的抗振算法研究，并且都需要搭建额外的光路进行测量。

技术实现思路

[0006]鉴于此，有必要针对现有技术中存在的缺陷提供一种可以快速、高效地评价环境中三种模态的振动的三种模态振动的检测装置及检测方法。
[0007]为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
[0008]本申请目的之一，提供一种三种模态振动的检测装置，包括：激光器(1)、相机(2)、透镜(3)、第一平面镜(4)、第二平面镜(5)、由所述第一平面镜(4)及所述第二平面镜(5)形成的干涉腔(6)，其中：
[0009]所述激光器(1)发出的光经过透镜(3)后变为平面波，再传播到所述第一平面镜(4)后，其中一部分光被所述第一平面镜(4)反射回去作为参考光，另一部分光透过所述第一平面镜(4)后传播到所述第二平面镜(5)，再经所述第二平面镜(5)反射回去作为测试光，所述参考光与所述测试光经透镜(3)聚焦后发生干涉，形成带有倾斜条纹的干涉图(7)，并被所述相机(2)采集；
[0010]当环境存在振动时，干涉腔(6)的相对位置和姿态会发生变化，从而带来波前相位的变化，利用相机(2)采集可得到连续时间的多幅干涉图，根据所述多幅干涉图得到波前相位，根据所述波前相位得到三种模态的振动。
[0011]本申请目的之二，提供一种所述的三种模态振动的检测装置的检测方法，包括下述步骤：
[0012]调整所述检测装置的光路直到所述相机(2)上出现带有倾斜条纹的干涉图(8)；
[0013]所述相机(2)采集带有倾斜条纹的N幅干涉图，N≥2；
[0014]根据所述N幅干涉图得到对应的波前相位；
[0015]根据所述波前相位得到三种模态的振动。
[0016]在其中一些实施例中，在调整所述检测装置的光路直到所述相机(2)上出现带有倾斜条纹的干涉图(8)的步骤中，所述倾斜条纹的数量在10
‑
50根。
[0017]在其中一些实施例中，在根据所述相机(2)采集带有倾斜条纹的N幅干涉图的步骤中，具体包括下述步骤：
[0018]所述相机(2)以一定的采样时间采集N幅带有倾斜条纹的干涉图，采集时间分别为t1、t2……
t
N
。
[0019]在其中一些实施例中，在根据所述N幅干涉图得到对应的波前相位的步骤中，具体包括下述步骤：
[0020]对带有倾斜条纹的N幅干涉图进行傅里叶变换得到每幅图对应的波前相位，记为φ1(x，y)、φ2(x，y)
……
φ
N
(x，y)，(x，y)表示为坐标点。
[0021]在其中一些实施例中，在根据所述波前相位得到三种模态的振动的步骤中，具体包括下述步骤：
[0022]提取每点在不同采样时间的相位，分别记为{t1、φ1(x
i
，y
i
，t
i
)}、{t2、φ2(x
i
，y
i
，t
i
)}
……
{t
N
、φ
N
(x
i
，y
i
，t
i
)}；
[0023]根据每点在不同采样时间的相位，采用最小二乘法拟合得到每幅图的三种模态的影响系数，分别记为α(t)，β(t)，所述α(t)，β(t)，分别表示为沿Z轴的活塞运动的影响系数、沿X轴的旋转振动的影响系数、沿Y轴的影响系数；
[0024]根据得到的一系列的三种模态的影响系数，进行三角函数拟合，得到三种模态的振动。
[0025]本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：
[0026]本申请提供的三种模态振动的检测装置及检测方法，所述激光器(1)发出的光经过透镜(3)后变为平面波，再传播到所述第一平面镜(5)后，其中一部分光被所述第一平面镜(5)反射回去作为参考光，另一部分光透过所述第一平面镜(5)后传播到所述第二平面镜(6)，再经所述第二平面镜(6)反射回去作为测试光，所述参考光与所述测试光经透镜(3)聚焦后发生干涉，形成带有倾斜条纹的干涉图(8)，并被所述相机(2)采集；当环境存在振动
时，干涉腔(6)的相对位置和姿态会发生变化，从而带来波前相位的变化，利用相机(2)采集可得到连续时间的多幅干涉图，根据所述多幅干涉图得到波前相位，根据所述波前相位得到三种模态的振动，本申请提供的三种模态振动的检测装置及检测方法，在不改变干涉仪原有的设计基础上，以快速、高效评价环境中的振动，对提升检测效率、检测重复性有极为重要的意义。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三种模态振动的检测装置，其特征在于，包括：激光器(1)、相机(2)、透镜(3)、第一平面镜(4)、第二平面镜(5)、由所述第一平面镜(4)及所述第二平面镜(5)形成的干涉腔(6)，其中：所述激光器(1)发出的光经过透镜(3)后变为平面波，再传播到所述第一平面镜(4)后，其中一部分光被所述第一平面镜(4)反射回去作为参考光，另一部分光透过所述第一平面镜(4)后传播到所述第二平面镜(5)，再经所述第二平面镜(5)反射回去作为测试光，所述参考光与所述测试光经透镜(3)聚焦后发生干涉，形成带有倾斜条纹的干涉图(7)，并被所述相机(2)采集；当环境存在振动时，干涉腔(6)的相对位置和姿态会发生变化，从而带来波前相位的变化，利用相机(2)采集可得到连续时间的多幅干涉图，根据所述多幅干涉图得到波前相位，根据所述波前相位得到三种模态的振动。2.一种基于权利要求1所述的三种模态振动的检测装置的检测方法，其特征在于，包括下述步骤：调整所述检测装置的光路直到所述相机(2)上出现带有倾斜条纹的干涉图(7)；所述相机(2)采集带有倾斜条纹的N幅干涉图，N≥2；根据所述N幅干涉图得到对应的波前相位；根据所述波前相位得到三种模态的振动。3.如权利要求2所述的三种模态振动的检测装置的检测方法，其特征在于，在调整所述检测装置的光路直到所述相机(2)上出现带有倾斜条纹的干涉图(7)的步骤中，所述倾斜条纹的数量在10
‑
50根。4.如权利要求2所述的三种模态振动的检测装置的检测方法，其特征在于，在根据所述相机(2)采集带有倾斜条纹的N幅干涉图的步骤中，具体包括下述步骤：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚二辉，张海，胡海翔，杨彧，罗霄，张学军，
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：