[发明专利]精密相移发生装置和精密长度测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种精密相移发生装置，其特征在于：所述精密相移发生装置包括石英框体、与所述框体一体成型的铰链微位移平台、两块标准板、精密电容式微位移传感器，精密电容式微位移传感器包括有左极板和右极板，左极板和右极板间隔平行，

石英框体其中一相对的两壁为侧壁，另一相对的两壁为底壁，两侧壁呈弧形面结构且对称，在两底壁的内侧壁设有向内凸出且对称的凸起，在两底壁的内侧壁的凸起的正中均设有光路通孔，两底壁的内侧壁的凸起上通过3个螺旋杆旋钮各固定一块标准板，两标准板相对的面平行且两平行面之间的距离构成石英框体内腔体之腔长L，激光束通过光路通孔到达标准板且由标准板进行反射与透射，所述两块标准板均为楔形的长方板，楔形角为30～60分，两块标准板相对的面的平行度优于10^-6弧度，相对的面的面精度为λ/10～λ/20，两块标准板的楔形方向相反，

铰链微位移平台为双层结构，包括基座和上部平台，基座和上部平台通过一体成型的细条部连接，上部平台位于石英框体的下方，所述石英框体与所述铰链微位移平台通过前端中部连成一体结构，铰链微位移平台与标准距加工成单体，

在铰链微位移平台基座的前端设有安装支座，

在所述铰链微位移平台与所述框体连接点的正下方基座前部设置有对所述铰链微位移平台施加推力的精密压力发生器，精密压力发生器安装在所述的安装支座前部安装槽的正中间，

石英框体两侧壁的任一外侧的壁上设置有对所述石英框体的侧壁外侧施加压力的精密压力发生器PZT，

在基座的后部正中位置安装精密电容式微位移传感器，所述石英框体的一底壁的外侧壁上固定精密电容式微位移传感器的左极板，铰链微位移平台的上部平台对应一侧设有支座，在支座上固定精密电容式微位移传感器的右极板。

2.根据权利要求1所述的精密相移发生装置，其特征在于，所述框体内侧4个角落分别对称设置一角孔。

3.根据权利要求1所述的精密相移发生装置，其特征在于，还包括所述精密压力发生器PZT通过压力加载件安装，压力加载件为弓形结构，套在石英框体前端外侧上，在弓形压力加载件的中部开设有与所述石英框体底壁中的光路通孔相通的光路通孔，弓形压力加载件的一端或两端设有开槽，精密压力发生器P置于弓形压力加载件一端的开槽中。

4.一种精密长度测量方法，包括步骤：

步骤1，构建如权利要求1所述的精密相移发生装置为核心的精密测长系统，等待、确认所述精密长度测量系统的温度和压力参数均符合测量条件，所述精密长度测量系统包括光源，光学器件，精密温控装置和计算机控制系统，权利要求1所述的精密相移发生装置置于所述精密温控装置内部，其中光学器件包含分光器件，反光镜，分光棱镜和CCD，其中所述光源发出的激光束由所述分光器件分成两路后，分别经两侧所述反光镜进入分别的所述分光棱镜，所述激光束分别由所述分光棱镜透射后进入所述精密温控装置，射到所述精密相移发生装置的标准板上，再分别由所述标准板分成反射光束和透射光束，所述透射光束经置于所述精密相移发生装置中的待测物体的表面反射的反射光束与由所述标准板反射的反射光束发生干涉光；

步骤2，在线校准精密微位移传感器：步骤201测量连续间隔的位移和与位移同步的光强干涉信号，利用最小二乘法拟合出一个或多个相位周期的位移值，直接与激光波长比对实现对精密微位移传感器的初校，步骤202利用五幅相移算法精确校准；

步骤3，初测待测物体的长度，确定干涉级次整数部分N；

步骤4，干涉级次小数部分的精确测量：步骤401测量标准具长度L的小数部分ε0，测量时遮住一束光路，一束激光束经一标准板进行透射和反射，透射光束入射到另一标准板进行反射，所产生的反射光束与前一标准板的反射光束形成干涉图像；所述干涉图像经CCD接收送入计算机控制系统；利用精密压力发生器PZT对所述精密相移发生装置中的框体的侧壁外侧施加的压力，使由所述标准板构成的腔体腔长改变1微米以上，促使所述干涉光发生相移，所述精密相移发生装置中的精密微位移传感器测量所述腔长的变化，利用五幅相移算法确定腔长的小数部分ε0；步骤402，利用相移法测量待测物体的两表面分别和两块标准板之间的间距L1，L2的小数部分ε1、ε2：利用安装在安装支座的正中间的精密压力发生器对所述精密相移发生装置中的铰链微位移平台施加推力，使所述铰链微位移平台发生微位移至2微米以上；由分光器件分出的两束激光束分别经两块标准板进行反射和透射，透射光束分别经待测物体的表面反射的反射光束与相应的标准板反射的反射光束形成干涉图像，由CCD获得多幅干涉图像送入计算机；经五幅相移算法计算待测物体的两表面分别和两块标准板之间的间距L1，L2的小数部分ε1，ε2；

步骤5，求解待测长度干涉级次小数部分ε＝ε0-(ε1+ε2)，将ε通过2π加减法调整到0～2π相位范围内。