[发明专利]迈克尔逊干涉环的远程测控方法及其测控系统

说明书

技术领域

本发明涉及迈克尔逊干涉环测控的技术领域，更具体地，涉及迈克尔逊干涉环的远程测控方法及其测控系统。

背景技术

光干涉测量技术在微电子、微光学和现代工业等领域得到广泛应用，其中最常用的技术是迈克尔逊干涉测量技术，该技术的核心是要准确地计数干涉环“冒出”或“陷入”的环数,以满足后续微距离测量的实际应用需求。

在实际使用中干涉环的计数多采用人工法，即用人眼直接观察成像到屏幕上的干涉环，人手轻轻旋动微动手轮，每变动一个环，便人工记录一次，每次测量需数出“冒出”或“陷入”的干涉环。此方法操作简单，除了迈克尔逊干涉仪外不需要额外的测量设备，但只能适合计数小干涉环数，而实际操作时往往需要记录超过几百个以上的干涉环数，假如采用此种方法，一方面，极易造成眼睛疲劳而影响读数的准确性；另一方面测量出错后只能重新测量造成大量时间的浪费；再一方面对人眼的伤害大，非常地不人性化。

随着近代科学技术和工业技术的迅速发展，传统的光学机械测试方法已日益不能适应近代工业和科学技术提出的高精度、高效率与自动化的测试要求。在精密测试领域中，必须注入新的活力，激光和计算机技术的出现和二者的结合为新的测试技术开辟了一条新的途径。针对人工计数的缺点，研究人员提出了关于条纹自动计数器的诸多方案，这些方案各有优点，但也存在不足。

光电传感器测量法：工作框图如图1所示，随着光程差的变化，干涉环将交替地出现 “冒出”和“陷入”，使用光电头对准迈克尔逊干涉环中心处，此时，光电头中的光敏管会随着光强信号的变化产生不同大小的光电流。这样就将干涉环的变化转变为电信号的变化，只要对电信号进行一定的处理，就可实现对干涉环的计数。但也存在如下缺点：该方法对器件的摆放要求过于苛刻，且随着测量的进行，条纹的厚度也将出现变化，需随着测量的进行不断地调整器件位置，增加了实际操作的复杂性。

线阵CCD测量法：利用线阵CCD传感器将干涉环光信号转化为电信号的图像信号捕获与转换模块，再对来自线阵CCD传感器的电信号转化为数字信号，最后将数据送至微机进行处理，在微机中实现自动计数。这样解决了光电传感器定位难和操作繁琐的缺点，同时借助微机强大的运算功能，进行数字滤波等操作进一步优化图像，通过对应像素点灰度值的变化实现自动计数。缺点：在数据处理方面，仅对干涉环的一维信息进行研究，计数结果过度依赖于采集到的线性区域，同时无法显示干涉环的二维真实图像，不能满足干涉环完整信息研究的需求，对于线性数据的处理也无法充分发挥微机强大的运算功能，在智能处理上存在很大的改善空间。

无论是光电传感器测量法，还是线阵CCD测量法，都只侧重于解决干涉环的自动计数问题，实际上，光的干涉实验是一个对环境要求比较苛刻的实验，实验过程中容易受到外界环境因素的干扰，比如干扰声音，使迈克尔逊干涉仪产生轻微的震动，引起干涉环的波动，导致计数结果存在差异。现有的实验环境要求实验人员必须在实验仪器前进行操作，在操作过程中要尽可能地小心从而降低对实验结果的影响，使得光的干涉测量实验受到实验地点和时间的局限，对实验的进行造成不便。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的目的是提供迈克尔逊干涉环的远程测控方法及其测控系统，利用面阵CCD采集迈克尔逊干涉环图像；采用图像相减、图像滤波、灰度拉伸、边缘检测、二值化、图像膨胀和细化对采集图像预处理；设计有效区域自动搜索算法确定有效区域中心；采用检测梯度方向角变化的方法计数干涉环，并选取四分之一圆心处做为计数区域；设计基于wifi的PC平台和智能移动设备平台的远程通信，实现实验的远程测控以及测试结果的实时共享。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：迈克尔逊干涉环的远程测控方法，干涉条纹光学成像模块出射成像于成像屏，图像信号捕获与转换模块将图像的光信号捕获并转换成电信号，利用数据采集与传输模块将来自图像信号捕获与转换模块的电信号转化为数字信号，并将采集到的数据传送给PC机进行图像处理和计数操作，并将结果显示在PC机上，通过客户端模块获取实验的数据并对数据进行处理，所述的图像信号捕获与转换模块包括光学镜头和面阵CCD传感器，其中，还包括以下具体步骤：

S1. 对面阵CCD传感器采集到的图像依次进行图像相减、图像滤波、灰度拉伸、边缘检测、二值化、图像膨胀、图像细化处理；

S2. 确定干涉环有效区域中心，根据步骤S1处理过后有效区域稳定为空心部分且没有噪声点的存在来判断干涉环的中心，实现自动确定有效区域中心；