[发明专利]光频调制法皮米级分辨力大行程激光测量装置

说明书

本发明公开的光频调制法皮米级分辨力大行程激光测量装置，属于精密测量技术领域。本发明主要由干涉测量模块、光学解调模块、细分控制模块、控制及信息处理模块组成。所述干涉测量模块包括光源准直器、第一偏振分光棱镜、第一1/4波片、调制参考镜、FP干涉腔、第二1/4波片、测量镜、第三1/4波片、第二偏振分光棱镜、第一光电接收器、第二光电接收器。采用光频小数调制的方法克服FP干涉腔无法满足长距离干涉测量问题，能够满足激光干涉测量长距离的同时，使其分辨力在原有干涉分辨能力的基础之上进一步提升到皮米量级，实现长距离并具有皮米量级分辨力的激光测量。本发明结构相对简单，易于高精度实现动态特性测量。

技术领域

本发明涉及一种光频调制法皮米级分辨力大行程激光测量装置，属于精密测量技术领域。

背景技术

激光干涉测量方法是精密测量中重要的应用技术，非接触测量的原理使得激光干涉测量方法具有响应时间短、测量准确度高、复现性好等优点。激光干涉测量方法广泛地应用于几何量及相关量值的精密测量技术领域，是目前实现位移高精准测量的重要手段，具有十分重要的科学研究和工程应用的意义。目前激光干涉方法在实现长距离测量时，由于其光学结构、干涉波长及光学倍程等因素影响，其干涉测量的分辨力或测量范围受到一定的限制，不能二者兼顾。这样在面对某些长距离并且有高准确度要求的测量问题时如何在保证长距离测量功能的条件下提高测量的分辨能力是干涉测量技术研究的重要内容和关键，特别是在工程实践中问题表现突出，急需提出相应技术方法来解决长距离和高分辨力的测量问题。

发明内容

为了解决现有长距离干涉测量中大测量范围和高测量分辨力不能兼顾实现的问题，本发明的目的是提供一种光频调制法皮米级分辨力大行程激光测量装置，本装置具有大测量范围和高分辨力的特征，采用激光干涉的方法实现长距离的测量，同时采用频率调制的方法对干涉测量的分辨力进行再细分和提高达到皮米量级(0.1pm～100pm)，能够在满足激光干涉测量长距离的同时，使其分辨力在原有干涉分辨能力的基础之上进一步提升到皮米量级，实现长距离激光干涉的皮米级分辨力的测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明公开的光频调制法皮米级分辨力大行程激光测量装置，主要由干涉测量模块，光学解调模块，细分控制模块，控制及信息处理模块组成。

干涉测量模块用于将大行程干涉测量的位移变化转化为用于数字处理的电学信号，包括光学干涉系统、光电转换电路及数据采集电路。光学解调模块用于实现如下功能：将干涉测量模块获得的干涉电学信号通过逻辑运算及处理；得到用于控制及信息处理模块进行运算控制和信号处理的基础测量数据，并提供给控制及信息处理模块获得最终测量结果。细分控制模块用于提升干涉分辨力，通过调整测量频率的变化改变大行程的干涉测量的参考光程，使得测量分辨力得到提升。控制及信息处理模块用于运算控制和信号处理，通过获取的细分控制模块和光学解调模块的数据，综合运算出大行程的高分辨细分的测量数据。

所述干涉测量模块包括光源准直器、第一偏振分光棱镜、第一1/4波片、调制参考镜、FP干涉腔、第二1/4波片、测量镜、第三1/4波片、第二偏振分光棱镜、第一光电接收器、第二光电接收器。