[发明专利]一种用F-P标准具测量二维微位移的装置与方法

权利要求书

1.一种用F-P标准具测量二维微位移的装置，其特征在于：包括光源(1)、柔性光纤(2)和面阵成像器件(7)，光源(1)与柔性光纤(2)连接，柔性光纤(2)输出端前方布置面阵成像器件(7)，柔性光纤(2)和面阵成像器件(7)之间设置有准光组合部件(6)，通过准光组合部件(6)将柔性光纤(2)出射的光束处理成共轴同圆心的一系列同心圆(8)并成像到面阵成像器件(7)上；

所述的准光组合部件(6)包括依次在柔性光纤(2)输出端前方布置的滤光片(3)、F-P标准具(4)和物镜(5)，一种或多种单色光的光源(1)经过柔性光纤(2)射入准光组合部件(6)，准光组合部件(6)产生的输出光束为一系列汇聚的共轴圆锥光束到面阵成像器件(7)，并作为测量的基准光束，共轴圆锥光束的中心轴为准光组合部件(6)的光轴；

所述的物镜(5)为中焦距或短焦距的物镜，中焦距或短焦距是指焦距f在20～150mm范围内；

所述的面阵成像器件(7)的一个边与水平方向成45度角。

2.根据权利要求1所述的一种用F-P标准具测量二维微位移的装置，其特征在于：所述的面阵成像器件(7)的接收表面与准光组合部件(6)的光轴垂直，并与物镜(5)的焦平面重合。

3.一种用F-P标准具测量二维微位移的方法，其特征在于：采用权利要求1-2 任一所述装置，方法包括：

1)构建分别平行于面阵成像器件(7)面阵矩形的相邻两条边方向的x轴和y轴，再构建与面阵成像器件(7)面阵矩形的相邻两条边方向成45度角的x轴和y轴，x轴和y轴分别位于水平面和铅垂面；

2)对于面阵成像器件(7)形成的一系列同心圆(8)的每个圆环中，采用以下方式找到x轴方向和y轴方向的近似圆心坐标值，由两个轴方向的近似圆心坐标值确定近似圆心点Θ，接着过点Θ作两条分别平行于x轴和y轴的平行线作为近似直径；

3)对面阵成像器件(7)中的面阵像元进行内插细分与信号平滑化处理，以内插细分与信号平滑化后获得的虚拟小像元的光电信号来计算后续步骤的光电信号；

4)在每条近似直径两侧的每侧±Nw范围内建立N条平行线，相邻平行线的间隔为w表示面阵成像器件(7)中相邻像元间间隔的平均值，N是正整数，

每条平行线上相邻两个虚拟小像元之间的间隔为平行于x轴或者y轴方向各有(2N+1)条平行线，并且(2N+1)条平行线与每个圆环和面阵成像器件(7)的边沿相交后在两侧共获得(4N+2)个小线段，x轴和y轴方向共有(4N+2)条平行线对应共获得(8N+4)个小线段；

5)对于(8N+4)个线段，求出每个线段上光电信号的峰位坐标及峰位坐标的标准差；

6)计算每个圆环分别沿x轴和y轴方向的圆心坐标，进而获得每个圆环的圆心坐标；

7)在面阵成像器件(7)移动前后，重复上述步骤1)～6)计算各个圆环的圆心坐标，找出圆环在(8N+4)个线段上的峰位坐标标准差平均值接近极小值的单个圆环，以该圆环圆心在面阵成像器件(7)移动前后的二维微位移值作为最终测量得到的面阵成像器件(7)移动的二维微位移值。

4.根据权利要求3所述的一种用F-P标准具测量二维微位移的方法，其特征在于：所述步骤2)具体为：对于x轴方向或者y轴方向，对于上文所述的系列同心圆环中的从内往外数的第i个圆环，找出第i个圆环上沿所在轴方向光电信号为极大值且坐标值最大的点，再找出该圆环上光电信号为极大值且坐标值最小的点，将这两个光电信号极大值点的坐标值以平均像元间距为相对单位取平均后再取整数，作为所在轴方向的近似圆心坐标的值。

5.根据权利要求3所述的一种用F-P标准具测量二维微位移的方法，其特征在于：所述步骤6)沿x轴或者y轴方向的圆心坐标具体采用以下方式获得：取每条平行线上两峰位坐标的平均值作为圆心估计值，再将同一方向的(2N+1)个圆心估计值再取平均作为该方向的圆心坐标。