[发明专利]一种用于前向衍射光光强分布测量的对中装置及方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种用于前向衍射光光强分布测量的对中装置，能够有效地减小对中误差给测量带来的影响。

【背景技术】

光电探测器是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件，其在国防建设和国民经济的各个领域有着广泛的应用。在粒度测量领域，环形光电探测器作为激光粒度仪的重要组件，其对中的好坏直接影响着测量结果的精度。目前激光粒度仪的对中方法主要分为两类：手动对中和自动对中。

传统上，激光粒度仪的信号接收装置一般采用半圆形或者扇形同心圆环硅光电探测器并且采用手动对中的调节方法，即在探测器中心孔后方安放一个光电二极管，通过上下、左右方向调节探测器，观察光电二极管接收的光强，当光强最大时，即认为对中良好。但此种方法受人为因素影响较大，对于非专业人士，调整较困难，且对中重复性较低，故容易产生较大误差。

自动对中方法是指激光粒度仪利用四象限探测器进行光路的自动对中。其主要原理是测量激光束的光斑质心的位置变化，然后通过某种特定的算法，确定光斑的三维偏移量，最后利用此偏移量与被测物体之间的关系得到所需的物理量，再由机械装置控制从而进行对中。这种方法的优点是设计简单，使用方便，有比较成熟的算法可供直接使用。但在实际应用中，由于原理上要求四象限探测器的中心与探测器中心孔的圆心要严格共轴，这在工程上是很难实现的。而且，实际应用中，当中心孔不圆时，势必对位于其后方的探测器探测精度产生影响，从而影响对中精度。

【发明内容】

本发明的目的在于设计一种用于前向衍射光光强分布测量的对中装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述对中装置包括光电探测器阵列、精密三维位移平台、x向和y向调整电路。为了准确地测量出傅立叶透镜后焦平面上所形成的能量分布，采用了多个同心圆环硅光电探测器阵列作为光电转换器件，其结构是根据夫朗和费衍射理论设计的，光电探测器阵列的中心开有一小孔使爱里斑通过，以免其投射到光电探测器阵列上发生散射，影响光电探测器阵列所测的其他各级衍射光的光能分布；用于对中的两个四分之一圆环硅光电探测器（即C环、D环）关于坐标系y轴对称，两个二分之一圆环硅光电探测器（即A环、B环）关于坐标系x轴对称，A环、B环硅光电探测器与C环、D环硅光电探测器对称位于光电探测器阵列接收光强变化最快位置的附近，A环、B环硅光电探测器输出信号给y向调整电路，C环、D环硅光电探测器输出信号给x向调整电路；所述精密三维位移平台可以分别沿坐标系x轴、y轴和z轴做精密移动，光电探测器阵列固定在所述精密三维位移平台的xoy平面上，光电探测器阵列上各同心圆环的圆心在坐标系的原点o上，坐标系z轴正向沿所述光电探测器阵列平面的副法向，且与光路光轴方向平行,光电探测器阵列沿坐标系x轴、y轴和z轴的位置可以分别通过精密三维位移平台的x向、y向和z向调节机构来调整；所述y向调整电路包括放大器1、放大器2和比较器1，通过调节放大器1和放大器2的放大倍数可以使比较器1的输出为0；所述x向调整电路包括放大器3、放大器4和比较器2，通过调节放大器3和放大器4的放大倍数可以使比较器2的输出为0。

由于制作工艺等原因，所述对中装置在应用前需对x向和y向调整电路进行预调，预调方法是：使用一束光照强度均匀的平行光沿光轴方向照射所述光电探测器阵列，分别调节y向调整电路中的放大器1和放大器2的放大倍数及x向调整电路中的放大器3和放大器4的放大倍数，使比较器1的输出和比较器2的输出均为0。

光电探测器阵列中心小孔直径的计算方法如下：

激光器发出的光束经过扩束准直后变成平行光，平行光束的直径大小取决于可变光阑通光孔径的大小。平行光束经过傅里叶透镜后，在其焦平面上形成爱里斑。爱里斑直径的计算公式为

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