[发明专利]一种激光自混合的位移精密测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种激光自混合的位移精密测量方法及系统，该方法包括：激光器发出激光至待测物体上，待测物体发生位移；激光在待测物体上发生反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内，发生激光自混合干涉；采集自混合信号，并将光信号转化成电信号；采用EEMD算法对电信号进行去噪；对去噪后的电信号进行归一化处理，并根据对称折叠算法计算光反馈因子和线宽展宽因子；根据相位展开算法进行位移重构。本测量方法利用光反馈自混合干涉，通过EEMD算法对自混合干涉信号进行去噪，可以得到纯净的自混合干涉信号，并结合对称折叠算法计算光反馈因子和线宽展宽因子，最后通过相位展开算法进行位移重构，测量误差小，实现精密长度测量，精度可达nm级别。

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，特别涉及一种激光自混合的位移精密测量方法及系统。

背景技术

随着现代精密制造的飞速发展，精密测量成为各国研究的重点。其中长度测量技术在航空航天、军事国防、安全生产、地理科学、电子控制技术等高精密领域中有着重要应用。各个领域对长度的测量都有着很高的精度要求，从最初对长度测量的概念，到现如今对测量长度精度的要求日益增大，这使得各个领域都寻求着一种能够高精度地进行长度测量的方法。

典型的位移长度测量系统有条纹计数法、相位锁定法、模跳测量法，自适应方法以及外差相位法等。激光有着高亮度、单色性、方向性好和高相干性四大优点，这些优点使它成为了现在测量领域的主流。1963年首次发现了激光自混合干涉效应，激光自混合干涉是指激光器输出光被外部物体反射或散射后，部分光反馈回激光器内，与激光腔内光相混合后，引起激光器输出功率发生变化的现象，也可称为光回馈，通过检测其功率与频率的变化可以得知外部物体的运动信息。激光自混合干涉长度测量方法由此诞生，该方法可以稳定地测量各个参数，测量精度能达到nm级别，能满足绝大多数领域对精度的需求。自混合干涉只有一个光学通道，对比于传统激光干涉，有着结构简单、易准直等优点。激光自混合干涉技术利用光反馈效应来测量运动物体的微位移，具有很高的研究价值，但是，反馈效应会对激光器的输出特性产生不利影响，光反馈会引起的各种光噪声、谱线展宽、相干猝灭等现象。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种易操作，测量精度高的激光自混合的位移精密测量方法。其采用如下技术方案：

一种激光自混合的位移精密测量方法，其包括：

激光器发出激光至待测物体上，所述待测物体发生位移；

激光在待测物体上发生反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内，发生激光自混合干涉；

采集自混合信号，并将光信号转化成电信号；

采用EEMD算法对电信号进行去噪；

对去噪后的电信号进行归一化处理，并根据对称折叠算法计算光反馈因子和线宽展宽因子；

根据相位展开算法进行位移重构。

作为本发明的进一步改进，所述采集自混合信号，并将光信号转化成电信号之后，采用EEMD算法对电信号进行去噪之前还包括：

将所述电信号放大。

作为本发明的进一步改进，所述将所述电信号放大，具体包括：

通过信号放大电路将所述电信号放大。

作为本发明的进一步改进，所述采集自混合信号，并将光信号转化成电信号，具体包括：利用光电探测器采集自混合信号，并将光信号转化成电信号。

作为本发明的进一步改进，通过在待测物体上贴反射片实现激光的反射。

本发明目的在于还提供一种结构简单，易操作，测量精度高的激光自混合的位移精密测量系统，其采用如下技术方案：

一种激光自混合的位移精密测量系统，包括：