[发明专利]一种新型的基于一维光栅的干涉位移测量装置

说明书

本发明公开了一种新型的基于一维光栅的干涉位移测量装置，该装置首次引入三块相等密度的光栅，其中一块为反射式，两块为透射式光栅。入射波长为红光的激光垂直入射在反射式光栅结构上，两束衍射光分别经过两块透射式光栅后经过反射镜调整汇聚于偏振分光棱镜上，最终被两个接收器检测到。该装置可以实现在亚纳米分辨率下测量小位移和长位移的优点，大幅度提升抗干扰能力和光能利用率，其中光栅具有结构简单，加工方便，造价低，可以大批量生产。

技术领域

本发明涉及光栅干涉仪领域，具体涉及一种新型的基于一维光栅的干涉位移测量装置。

背景技术

高精度位移测量技术是精密机械加工的基础，有着极其广泛的应用场合，它决定了整个制造业的制造精度，同时也制约着各个领域的发展。随着高端制造业的不断进步，我们对高精度测量的要求也越来越高。在高精度测量领域，目前主要有两种测量系统，一种是激光位移测量系统，它主要以激光波长作为测量的基准，但是它存在一个致命的缺点，就是受温度、湿度和气压等环境因素的影响较大，测量差较大；还有一种就是光栅位移测量系统，它主要以光栅的栅距作为测量的基准，可以较大程度的减少环境因素对测量精准度的影响。光栅位移测量系统的这些优点很快就将如今的测量精度从微米级提到了亚纳米级别。

最初的光栅位移测量系统是基于几何莫尔技术，但是该测量系统所采用的光栅栅距较大，造成该系统的测量精度非常低，而为了改善这一缺点，1956年J.Guild首次提出了莫尔干涉的思想，指出通过衍射光之间的相互干涉来提高测量分辨率。最初利用莫尔干涉技术的测量系统的光源采用的是单频激光，它通过待测电磁波和一个已知的参考信号进行混波，而待测信号和参考信号的载频是相同的，这样得到的干涉光场可以消除电磁波本身频率噪声所带来的影响，这种系统也被称为零差干涉光栅位移测量系统；由于零差干涉位移测量系统的原理简单、光源易于选型，但相应的相敏检测器光学结构复杂、体积大，并且对杂散光和光强变化很敏感，不能完全消除环境对被测信号的干扰，因此外差干涉位移测量系统被提了出来，它的光源采用的是双频激光，通过两束频率不同但相近的相干电磁波的干涉，将待测电磁波和参考信号进行混波，实现对待测电磁波的频率调制。为了进一步提高位移测量系统的分辨率和抗干扰性，现如今急需设计一种全新的外差式光栅干涉位移测量装置。

发明内容

本发明的第一目的是在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种新型的基于一维光栅的干涉位移测量装置，实现高精度的位移测量提高位移测量的分辨率和抗干扰性，提高对光能的利用率和降低测量误差。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种新型的基于一维光栅的干涉位移测量装置，所述干涉位移测量装置包括入射光源组件和光栅干涉位移测量组件，其中，

所述入射光源组件包括红光激光光源1和光电调制器2，红光激光器1输出的光束入射到光电调制器2上；

所述光栅干涉位移测量组件包括反射式光栅3、第一透射式光栅4、第二透射式光栅5、第一反射镜6、第二反射镜7、偏振分束器8、第一光电探测器9、第二光电探测器10和相位表11，入射光源组件出射的光源入射到反射式光栅3后，光束被分为两束，分别入射到第一透射式光栅4、第二透射式光栅5后，分别经过第一反射镜6、第二反射镜7调整后汇聚到偏振分束器8上，最后分别被第一光电探测器9、第二光电探测器10接收后，将信号传给相位表11，相位表11分析比较得出第一光电探测器9和第二光电探测器10的相位差。

进一步地，所述入射光源组件出射的光源为差频光。通过在光电调制器上施加一个锯齿电压，使得入射光经过光电调制器后变为差频光。

进一步地，所述锯齿电压可以通过RC充放电路来实现。

进一步地，所述反射式光栅3、第一透射式光栅4、第二透射式光栅5的线密度相同，线密度区间为641线和3225线之间。差频光入射到反射式光栅3上后会产生两个均匀的衍射级次。