[发明专利]基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置及微位移量测量方法

权利要求书

1.一种基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置的微位移量测量方法，其特征在于，该近红外位移传感装置包括宽带光源(1)、柯勒照明系统(2)、显微镜筒(3)、干涉物镜(4)、精密电控平台(6)、短波截止滤光片(7)、SMA905光纤接头(8)、光纤(9)、光谱仪(10)、计算机(11)和CCD(12)，其中：光路结构沿光路行进方向依次是宽带光源(1)、柯勒照明系统(2)、显微镜筒(3)，之后进入干涉物镜(4)，经过物镜的半透半反膜分成参考光束和测试光束，两者分别经过干涉物镜(4)的参考板和位于精密电控平台(6)上的被测件(5)表面反射，沿原路返回并发生干涉，干涉信号经过显微镜筒(3)的成像透镜和短波截止滤光片(7)投射到像面，SMA905光纤接头(8)将光纤(9)固定于显微镜筒(3)的像面，干涉信号通过光纤(9)导入光谱仪(10)，光谱仪与计算机(11)连接，输出谱域干涉条纹，所述精密电控平台(6)用于调整被测件(5)的空间位置以满足测量需求,所述CCD(12)用于测量过程中寻找空域条纹；

所述光谱仪(10)的光谱范围为近红外波段；

基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置的微位移量测量方法，包括以下步骤：

步骤1、将SMA905光纤接头(8)、光纤(9)、光谱仪(10)换成CCD(12)，调整精密电控平台(6)的倾斜和高度，使得CCD(12)视场中出现数根空域干涉条纹；

步骤2、将CCD(12)换成SMA905光纤接头(8)、光纤(9)、光谱仪(10)，调整精密电控平台(6)高度，使得光谱仪(10)上出现载频数适中的谱域干涉条纹；

步骤3、根据光谱仪(10)记录的谱域干涉条纹出现串扰的波段范围选择合适的短波截止滤光片(7)加入系统；

步骤4、调整宽带光源(1)光强和光谱仪(10)积分时间、积分次数，记录多个对比度的谱域干涉条纹；

步骤5、对获取的单幅谱域干涉图采用傅里叶变换法提取位移量。

2.根据权利要求1所述的基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置的微位移量测量方法，其特征在于，所述宽带光源(1)为高功率宽带光源，光强大小可调。

3.根据权利要求1所述的基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置的微位移量测量方法，其特征在于，所述短波截止滤光片(7)用于滤除近红外谱域干涉条纹中出现的串扰条纹。

4.根据权利要求1所述的基于宽带光谱域显微干涉术的近红外位移传感装置的微位移量测量方法，其特征在于，所述干涉物镜(4)为迈克尔逊型干涉物镜。

5.根据权利要求1所述的微位移量测量方法，其特征在于，前述方法中，采用傅里叶变换法处理单幅谱域干涉图，即可实现位移量传感。

6.根据权利要求1所述的微位移量测量方法，其特征在于，前述步骤5中，提取位移量的实现包括：

将光谱仪记录的波长域干涉信号转换至波数域干涉信号；

采用傅里叶变换法，提取谱域干涉信号相位，其过程见式(1)：

式中z为位移量，k为波数，F^-1表示取傅里叶逆变换，Im()和Re()分别表示取复数的虚部和实部，B(f-f₀)表示谱域干涉信号傅里叶频谱的一级旁瓣；

对提取的相位进行线性拟合以提取两次测量的位移量，见式(2)：

由两次微位移量计算台阶高度，见式(3)：

h_step＝z₁-z₂ (3)

其中h_step表示台阶高度，z₁、z₂分别为由前述步骤得到的两次测量的微位移量。