【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光移相干涉波面测量技术,尤其是主被动结合移相 后利用光强求取相位的解相算法,和干涉图平均消除随机误差的处理 方法。
技术介绍
激光干涉测量是利用激光的相干性,对相位变化所反映的信息进 行处理的光电测量技术。由于光是一种高频电磁波,直接观测其相位 变化比较困难,因此使用干涉技术将相位差变换为光强的变化,观测 起来就容易得多。为了从光强变化中提取相位,时空移相干涉技术被 广泛应用。该技术的原理是,利用机械、声光、电光、相位板等各种 方式对被测光引入特定相位变化,形成多幅光强分布相异的干涉图, 之后利用解相公式由光强变化求出空间某点的初始相位。对测量全口 径内各点的相位进行一定的解包裹和拟合处理即可得到待测波面。现有的移相技术种类较多。空间移相主要是通过分光和移相在同 一时间拍摄不同光强分布的干涉图,进而求解相位,这样能避免环境 干扰在时域上的影响,但探测器性能不一致以及不同口径的空间不一 致性是影响测量精度的主要因素。时间移相方面,等步进或非等步进 主动移相,都会受环境干扰(如环境振动、气流扰动等)的影响无法 保证移相步长的精确性,造成一定测量误差。在抗干扰时间移相干涉 技术中,反馈移相干涉在主动移相的基础上加入高频反馈校正环境干扰,同时造成干涉条纹对比度下降的问题,且系统较为复杂;随机数 据采集技术仅利用环境干扰被动引入移相,能有效消除气流扰动,但 测量时间长且数据利用极不充分。综上所述,目前并没有一种系统简单、实用、价廉的干涉测量技 术,能实现普通实验室环境下的高精度波面测量。尤其是在大口径光 学元件检测的场合,由于元件口径大、光路长,环 ...
【技术保护点】
一种主被动结合的移相干涉波面测量方法,其特征在于:包括以下步骤: 第一步:采集光强遍历干涉图序列,对被测口径内任意P(x,y)点引入主动移相量δ↓[a](x,y,t),同时包含环境干扰造成的被动移相量δ↓[p](x,y,t),对应总移相量为若干个周期,移相量单调增大且步长超过被动移相量;同一周期内主被动移相结合采样帧数超过100帧,则第i帧干涉图光强分布为 I[x,y,δ↓[i](x,y,t)]=i↓[a](x,y)+i↓[b](x,y).cos[Φ(x,y)+δ↓[i](x,y,t)] (1) 其中,i↓[a](x,y)是背景项,i↓[b](x,y)为调制项,Φ(x,y)为被测波面的初始相位分布,δ↓[i](x,y,t)为该点在t时刻的移相量,即采集第i帧干涉图时的移相量,包括主被动两部分,δ↓[i](x,y,t)=δ↓[p](x,y,t)+δ↓[a](x,y,t); 第二步:寻找干涉图各点光强在时间轴上的极值,满足第一步主动移相条件的同一点P(x,y)的光强值将随时间近似余弦规律变化,可从该点光强-时间曲线中找到极大值I↓[max][x,y,δ↓[i](x,y,t)]和极小值I↓[ ...
【技术特征摘要】
1、一种主被动结合的移相干涉波面测量方法,其特征在于包括以下步骤第一步采集光强遍历干涉图序列,对被测口径内任意P(x,y)点引入主动移相量δa(x,y,t),同时包含环境干扰造成的被动移相量δp(x,y,t),对应总移相量为若干个周期,移相量单调增大且步长超过被动移相量;同一周期内主被动移相结合采样帧数超过100帧,则第i帧干涉图光强分布为I[x,y,δi(x,y,t)]=ia(x,y)+ib(x,y)·cos[Φ(x,y)+δi(x,y,t)](1)其中,ia(x,y)是背景项,ib(x,y)为调制项,Φ(x,y)为被测波面的初始相位分布,δi(x,y,t)为该点在t时刻的移相量,即采集第i帧干涉图时的移相量,包括主被动两部分,δi(x,y,t)=δp(x,y,t)+δa(x,y,t);第二步寻找干涉图各点光强在时间轴上的极值,满足第一步主动移相条件的同一点P(x,y)的光强值将随时间近似余弦规律变化,可从该点光强-时间曲线中找到极大值Imax[x,y,δi(x,y,t)]和极小值Imin[x,y,δi(x,y,t)];第三步求取干涉图各点背景项和调制项,第二步得到的极大极小值与公式(1)中的背景项和调制项满足公式(2)的关系,因此进一步利用公式(3)求得公式(1)中的背景项和调制项;<maths id=math0001 num=0001 ><math><![CDATA[ <mrow><mfenced open='{' close=''> <mtable><mtr> <mtd><msub> <mi>I</mi> <mi>max</mi></msub><mo>[</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><msub> <mi>δ</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>=</mo><msub> <mi>i</mi> <mi>a</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>i</mi> <mi>b</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow> </mtd></mtr><mtr> <mtd><msub> <mi>I</mi> <mi>min</mi></msub><mo>[</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><msub> <mi>δ</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>=</mo><msub> <mi>i</mi> <mi>a</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>i</mi> <mi>b</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow> </mtd></mtr> </mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id=math0002 num=0002 ><math><![CDATA[ <mrow><mfenced open='{' close=''> <mtable><mtr> <mtd><msub> <mi>i</mi> <mi>a</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>I</mi> <mi>max</mi></msub><mo>[</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><msub> <mi>δ</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>+</mo><msub> <mi>I</mi> <mi>min</mi></msub><mo>[</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><msub> <mi>δ</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow> <mn>2</mn></mfrac> </mtd></mtr><mtr> <mtd><msub> <mi>i</mi> <mi>b</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>I</mi> <mi>max</mi></msub><mo>[</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><msub> <mi>δ</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>-</mo><msub> <mi>I</mi> <mi>min</mi></msub><mo>[</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><msub> <mi>δ</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow> <mn>2</mn></mfrac> </mtd></mtr> </mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>第四步求解各点相位,将公式(3)代入公式(1)中,利用反余弦函数可以解得第i帧干涉图中P(x,y)点相位如公式(4)所示<maths id=math0003 num=0003 ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>Φ</mi> <mi>i</mi></msub><mo>[</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>δ</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>=</mo><mi>Φ</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo>&l...
【专利技术属性】
技术研发人员:郝群,朱秋东,汤磊,胡摇,
申请(专利权)人:北京理工大学,
类型:发明
国别省市:11[中国|北京]
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