[发明专利]衍射光栅外差式二维位移测量系统及方法

权利要求书

1.一种衍射光栅外差式二维位移测量系统，其特征在于，包括双频激光器、读数头、一维测量光栅、第一接收器、第二接收器及信号处理系统，所述读数头采用对称的结构设计；

所述双频激光器发出的具有一定频差并且正交线偏振光入射到所述读数头中，在所述读数头中分为左右两束参考光及左右两束测量光；

左右两束测量光分别按利特罗角入射至所述一维反射光栅上，并在所述一维反射光栅上产生衍射光，所述衍射光按原路返回所述读数头，分别与所述左右两束参考光相干涉，并分别进入所述第一接收器和所述第二接收器中；

所述第一接收器及所述第二接收器将光信号转化为电信号，并输送给信号处理系统，信号处理系统进行信号处理，获得所述一维测量光栅在光栅矢量方向和光栅法线方向的位移信息。

2.如权利要求1所述的衍射光栅外差式二维位移测量系统，其特征在于，所述读数头包括分光棱镜、第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第四平面反射镜、第一四分之一波片、第二四分之一波片、第三四分之一波片及第四四分之一波片；

所述双频激光器发出的具有一定频差并且正交线偏振光入射到所述读数头中的所述分光棱镜，经所述分光棱镜分为左测光束和右侧光束，所述左侧光束经第一偏振分光棱镜反射和透射，分为第一反射光和第一透射光，所述第一反射光为参考光，经所述第一四分之一波片和所述第一平面反射镜后，经所述第一偏振分光棱镜透射后进入所述第一接收器；所述第一透射光为测量光，经所述第二四分之一波片和第二平面反射镜后以利特罗角入射到所述一维测量光栅上，自准直衍射光按原路返回，再一次经过所述第二四分之一波片透射，经第一偏振分光棱镜反射后进入所述第一接收器，所述第一接收器内有偏振片，所述偏振片将所接收的两束光的偏振方向调一致后，两束光发生干涉；

所述右侧光束经第二偏振分光棱镜反射和透射，分为第二反射光和第二透射光，所述第二反射光为参考光，经所述第三四分之一波片和所述第三平面反射镜后，经所述第二偏振分光棱镜透射后进入第二接收器；所述第二透射光为测量光，经所述第四四分之一波片和第四平面反射镜后以利特罗角入射到所述一维测量光栅上，自准直衍射光按原路返回，再一次经过所述第四四分之一波片透射，经第二偏振分光棱镜反射后进入第二接收器，所述第二接收器内有偏振片，所述偏振片将所述第二接收器所接收的两束光的偏振方向调一致后，两束光发生干涉。

3.如权利要求1所述的衍射光栅外差式二维位移测量系统，其特征在于，所述读数头包括两个对称设置的锐角为45度的第一棱镜和第二棱镜，对称设置的第三棱镜和第四棱镜，对称设置的第三接收器和第四接收器、对称设置的第五四分之一波片、第六四分之一波片、第七四分之一波片、第八四分之一波片、第五平面反射镜、第六平面反射镜；

所述第一棱镜和所述第二棱镜的一条边镀有分光膜并贴合成分光棱镜；

所述第三棱镜与第一棱镜的另一条边贴合并镀有分光膜，形成偏振分束棱镜；

所述第四棱镜与所述第二棱镜的另一条边贴合并镀有分光膜，形成偏振分束棱镜；

所述双频激光器发出的具有一定频差并且正交线偏振光入射到所述第一棱镜和所述第二棱镜贴合的边后，分成相同的左侧光束和右侧光束，

所述左侧光束在所述第一棱镜和所述第三棱镜贴合的边上发生反射和透射，形成第三反射光和第三透射光，所述右侧光束在所述第二棱镜和所述第四棱镜贴合的边上发生反射和透射，形成第四反射光和第四透射光；

所述第三透射光入射到所述第三棱镜内部，并通过所述第三棱镜及第五四分之一波片以利特罗角入射到所述一维测量光栅上，形成自准直左侧衍射光并按原路返回，进入所述第三接收器；所述第四透射光入射到所述第四棱镜内部，并通过所述第四棱镜及第六四分之一波片以利特罗角入射到所述一维测量光栅上，形成自准直右侧衍射光按原路返回，进入所述第四接收器；

所述第三反射光经过所述第七四分之一波片、所述第五平面反射镜、所述第一棱镜和所述第三棱镜后，进入所述第三接收器；

所述第四反射光经过所述第八四分之一波片、所述第六平面反射镜、所述第二棱镜和所述第四棱镜后，进入所述第四接收器。