一种基于球面合作目标的三维振动干涉测量装置，特点在于其构成包括激光器，沿该激光器输出光束的前进方向依次是同光轴的显微物镜、针孔、透镜、分光棱镜、光阑和球面反射镜，所述的针孔固定在所述的显微物镜的焦点位置处，所述的透镜到针孔的距离恰好为透镜的焦距时，透镜所处的位置称为平衡位置，所述的透镜具有在其平衡位置附近沿光轴方向前后移动的调节机构，所述的球面反射镜作为合作目标固定在待测物体的表面上，在所述的分光棱镜的相干光输出面外设有成像装置。本发明专利技术将主要光路集成于单块分光棱镜中，结构简单；实现了被测物体振动监测与测量光路变化监测的分离；并且使用球面反射镜作为合作目标，可实现对物体三维振动测量的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及干涉测量装置，尤其涉及一种基于球面合作目标的三维振动干涉测量直O
技术介绍
激光干涉仪作为一种有效的非接触性精密测量装置，已经在许多物理参量的测量上得到了越来越普遍的使用。由于其具有测量精度高、灵敏度高、动态范围大以及非接触测量等优点，干涉仪在振动测量领域也得到了广泛的应用。振动测量中采用的激光干涉仪通常可以分为两类(1)零差干涉仪-两束干涉光频率相同；(2)外差干涉仪-两束干涉光的频率略有不同。这两种方法都是以分振幅干涉为基础，采用两列平面波进行干涉。其中一列作为参考光波，另外一列作为测量光波，两列波返回后进入接受系统产生干涉条纹。干涉信号的强弱是由两束光的光程差决定的，而这反映了被测物体的振动状况。然而采用上述传统方法进行振动测量，通常是利用平面反射镜作为合作目标的， 因此对测量物体平面方向上的振动不敏感，也就是说振动测量系统是单维的，仅能对物体一个方向的振动进行测量分析，无法实现物体的三维振动测量，提供全面准确的信息。例如 “Noncontacthomodyne scanning laser vibrometer for dynamic measurement，，一文中提到的测量方法，就只能对光轴方向的振动进行测量。另一方面，在振动测量过程中，难以避免使干涉测量装置中的各个元件相对位置发生变化的外力(如振动、温度等)的影响。这样测量光路本身的变化，如参考反射镜的振动、激光器的频率漂移等，会使干涉条纹发生变化，也就意味着无法实现对被测物体振动的精确测量。因此将真实讯号与此等因测量光路本身变化造成的干扰信号分离，是非常重要的工作。为解决上述问题，本申请人已经专利技术了一种集成式光学干涉三维振动监测仪。在此监测仪中，通过特殊的分光棱镜设计，实现了振动源的分离，大大提高了测量精度，虽然可以测量物体的转动信号，但遗憾的是对物体平面方向上的振动不敏感。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于球面合作目标的三维振动干涉测量装置，该装置应能够测量物体三维振动，并且实现振动源分离，大大提高测量精度。本专利技术的技术解决方案如下一种基于球面合作目标的三维振动干涉测量装置，特点在于其构成包括激光器， 沿该激光器输出光束的前进方向依次是同光轴的显微物镜、针孔、透镜、分光棱镜、光阑和球面反射镜，所述的针孔固定在所述的显微物镜的焦点位置处，所述的透镜到针孔的距离恰好为透镜的焦距时，透镜所处的位置称为平衡位置，所述的透镜具有在其平衡位置附近沿光轴方向前后移动的调节机构，所述的球面反射镜作为合作目标固定在待测物体的表面上，所述的分光棱镜的分光面与所述的光轴成45°，该分光面将从入射面进入的激光分为透射光和反射光，与入射面相对的一面外围镀有全反膜，中间留有通光孔，所述的透射光中穿过所述的通光孔和光阑并到达球面反射镜的光作为测量光，所述的反射光射向的一面称为反射面，镀有全反膜，所述的反射光经反射面反射后作为参考光，与反射面相对的一面为相干光输出面，在该相干光输出面外设有成像装置。所述的球面反射镜为平凹球面反射镜，平面用于与待测物体相结合；凹面为球面， 镀有全反膜，用于反射测量光，其中A点为球面反射镜的顶点。所述的成像装置可以是仅用于成像观察的毛玻璃片，也可以是用于进行定量分析的CXD探测器。激光器发出的光由显微物镜和针孔滤波后，通过透镜入射到分光棱镜上。经过透镜的出射光可能是发散球面波、平面波、会聚球面波三种形式，其实际形式由透镜与针孔两者之间的距离决定。入射到分光棱镜的光被分光面分成两束反射光和透射光。其中反射光被镀有全反膜的反射面反射后，直接到达成像装置，作为参考光束。而透射光则又分成了两部分其中位于外围的透射光受四周所镀全反膜的影响，直接返回到成像装置，与参考光束干涉形成外部干涉条纹。而位于中间的透射光则通过通光孔以及光阑后，被球面反射镜反射，作为测量光束到达成像装置，与参考光束干涉形成内部干涉条纹。光波经球面镜反射后，其形式会发生改变，反射后的光波形式由球面反射镜的曲率半径和反射前光波的具体形式共同决定。本专利技术与以前技术相比所具有的优势在于采用球面反射镜作为合作目标，克服了平面反射镜无法反映测量物体平面方向上的振动的缺点；可以通过调节透镜的位置改变入射光波的具体形式，选择相应的振动测量范围及分辨率；通过本专利技术分光棱镜的独特设计，干涉条纹分为两部分外部干涉条纹单纯反映测量光路本身的变化，内部干涉条纹同时反映两方面的信息测量光路本身的变化和被测物体的振动，因此只有在外部干涉条纹稳定即测量光路稳定的情况下，内部干涉条纹的变化才能准确反映被测物体的振动，或者说通过此分光棱镜设计形成了一个差分系统，大大提高了测量的准确性。本专利技术的测量装置结构简单、紧凑、可靠。附图说明图1是本专利技术基于球面合作目标的三维振动干涉测量装置的结构示意图。图2是本专利技术的球面合作目标的侧面结构示意图。图3是本专利技术实施例的三维振动干涉测量光路示意图。具体实施例方式下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明参阅图1，图1是本专利技术基于球面合作目标的三维振动干涉测量装置的结构示意图。由图可见，本专利技术基于球面合作目标的三维振动干涉测量装置，其构成包括激光器1，沿该激光器1输出光束的前进方向依次是同光轴的显微物镜2、针孔3、透镜4、分光棱镜5、光阑6和球面反射镜7，所述的球面反射镜7作为合作目标固定在待测物体8的表面上，所述的针孔3固定在所述的显微物镜2的焦点位置处，所述的透镜4到针孔3的距离恰好为透镜4的焦距时，透镜4所处的位置称为平衡位置，所述的透镜4具有在其平衡位置附近沿光轴方向前后移动的调节机构，所述的分光棱镜5的分光面与所述的光轴成45°，该分光面将从入射面进入的激光分为透射光和反射光，与入射面相对的一面外围镀有全反膜52，中间留有通光孔53，所述的透射光中穿过所述的通光孔53和光阑6并到达球面反射镜7的光作为测量光，所述的反射光射向一面51称为反射面，镀有全反膜，所述的反射光经反射面 51反射后作为参考光，与反射面51相对的一面为相干光输出面，在该相干光输出面外设有成像装置9。所述的球面反射镜7作为合作目标固定在待测物体8的表面上。球面合作目标即球面反射镜7的具体结构参阅图2所示。所采用的球面合作目标为平凹球面反射镜，面71 为平面，用于与待测物体8相结合；凹面72为球面，镀有全反膜，用于反射测量光。其中A 点为球面反射镜的顶点。所述的成像装置9为毛玻璃片，或CXD探测器。图3是根据本专利技术一个实施例的三维振动干涉测量光路示意图。参照图3所示， 在本实施例中，激光器1为He-Ne激光器。透镜4处于平衡位置，即其与针孔3之间的距离恰好为透镜4本身的焦距。成像装置9为C⑶探测器。采用曲率半径比较大的球面反射镜作为合作目标。本装置的光路原理解释如下由激光器1发出波长为632. Snm的激光经过显微物镜2和针孔3的滤波以及扩束之后，到达透镜4。由于针孔3位于透镜4的前焦平面，因此扩束光经过透镜4之后会变成平行光，然后照射在分光棱镜5上，被分光面分成了两束光， 即反射光和透射光。其中反射光经过分光棱镜5的全反面51的反射后，直接到达CCD探测器9。这束光位于光线10与11之间，称为参考光。而透射光则又分成了两部分其中位于光线12与1本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于球面合作目标的三维振动干涉测量装置，特征在于其构成包括激光器（１），沿该激光器（１）输出光束的前进方向依次是同光轴的显微物镜（２）、针孔（３）、透镜（４）、分光棱镜（５）、光阑（６）和球面反射镜（７），所述的针孔（３）固定在所述的显微物镜（２）的焦点位置处，所述的透镜（４）到针孔（３）的距离恰好为透镜（４）的焦距时，透镜４所处的位置称为平衡位置，所述的透镜（４）具有在其平衡位置附近沿光轴方向前后移动的调节机构，所述的球面反射镜（７）作为合作目标固定在待测物体（８）的表面上，所述的分光棱镜（５）的分光面与所述的光轴成４５°，该分光面将从入射面进入的激光分为透射光和反射光，与入射面相对的一面外围镀有全反膜（５２），中间留有通光孔（５３），所述的透射光中穿过所述的通光孔（５３）和光阑（６）并到达球面反射镜（７）的光作为测量光，该分光棱镜（５）的反射面（５１）镀有全反膜，所述的反射光射向一面（５１）称为反射面，镀有全反膜，所述的反射光经反射面（５１）反射后作为参考光，与反射面（５１）相对的一面为相干光输出面，在该相干光输出面外设有成像装置（９）。
【技术特征摘要】
1.一种基于球面合作目标的三维振动干涉测量装置，特征在于其构成包括激光器 (1)，沿该激光器(1)输出光束的前进方向依次是同光轴的显微物镜O)、针孔(3)、透镜 G)、分光棱镜(5)、光阑(6)和球面反射镜(7)，所述的针孔C3)固定在所述的显微物镜(2) 的焦点位置处，所述的透镜⑷到针孔⑶的距离恰好为透镜⑷的焦距时，透镜4所处的位置称为平衡位置，所述的透镜(4)具有在其平衡位置附近沿光轴方向前后移动的调节机构，所述的球面反射镜(7)作为合作目标固定在待测物体(8)的表面上，所述的分光棱镜(5)的分光面与所述的光轴成45°，该分光面将从入射面进入的激光分为透射光和反射光，与入射面相对的一面外围镀有全反膜(52)，中间留有通光孔(53)，所述的透...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雪洁，黄伟，刘德安，张燕，刘芳，冯滔，朱健强，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31
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