[发明专利]一种相位调制光栅传感器及实现测量的方法

摘要

本发明公开了一种相位调制光栅传感器及实现测量的方法，基于PZT对光栅测量信号进行相位调制，避免直流漂移和幅值波动对纳米测量信号的影响；采用嵌入误差检测模块实时补偿光栅传感器对位误差，实现纳米精度的位移和长度测量。包括光路部分和信号处理部分。本发明简化了安装调整，减小了冗余反射光束，改善了信号品质，还降低了环境对系统的干扰，基于FPGA信号处理部分，可以提高系统信号处理速度，通过相位解调，可有效避免直流漂移和幅值波动对测量信号的影响，可实现纳米精度的测量。

主权项

一种相位调制光栅传感器，其特征在于：包括光路部分和信号处理部分，所述的光路部分包括有反射光栅尺、遮光板、两个反射镜、三个四分之一波片、两个偏振分光镜、半导体激光器、光电信号检测器、压电陶瓷促动器和四象限探测器，第一个偏振分光镜的分光面正对所述半导体激光器的出光口，所述的三个四分之一波片分别放置在所述分光面的对称面以及与所述分光面相邻的两个相互对称面的前面且三个四分之一波片的快轴方向为45度，所述两个反射镜的位置相对称，且其中一个反射镜粘贴在所述压电陶瓷促动器上，所述的半导体激光器发出的激光束入射到所述第一个偏振分光镜的分光面上，激光束被分为偏振方向相互垂直的两束光，被偏振分光镜反射的光束称为左臂光，被偏振分光镜透射的光束称为右臂光，其中左臂光经过第一个四分之一波片后被转化为左旋圆偏振光并入射到第一反射镜上，后被反射到所述反射光栅尺上，并发生衍射；所述右臂光经过第三个四分之一波片后被转化为右旋圆偏振光并入射到粘贴在压电陶瓷促动器上的第二反射镜上，后被反射到反射光栅尺上，并发生衍射；调整第一反射镜和第二反射镜的角度，使左臂光和右臂光以大小为arcsin(λ/2d)的角度入射到所述反射光栅尺上，其中λ为半导体激光器发出激光束的波长，d为反射光栅尺的栅距，则左臂光的0级衍射光入射到所述四象限探测器中，右臂光的0级衍射光入射到所述遮光板上，左臂光的+1级衍射光沿左臂光入射方向原路返回，右臂光的‑1级衍射光沿右臂光入射方向原路返回，左臂光的+1级衍射光再经第一反射镜反射，再次经过第一个四分之一波片，由左旋圆偏振光转化激光束透射过第一个偏振分光镜，经过第二个四分之一波片后转化为右旋偏振光；右臂光的‑1级衍射光再经第二反射镜反射，再次经过第三个四分之一波片，由右旋圆偏振光转化为激光束，被第一个偏振分光镜反射，经过第二个四分之一波片后转化为左旋偏振光；此时，左臂光和右臂光重合，再经过位于第二个四分之一波片另一侧的第二个偏振分光镜后，左臂光和右臂光同时照射到位于第二个偏振分光镜后侧的光电信号检测器上；所述的信号处理部分包括有两个A/D转换器、一个D/A转换器、驱动电路、检测电路和FPGA芯片，所述FPGA芯片包括有误差补偿模块、信号发生器和信号解调模块，所述的光电信号检测器、检测电路、第一个A/D转换器依次相连接，所述的信号发生器、D/A转换器、驱动电路、压电陶 瓷促动器依次相连接，所述的四象限探测器、第二个A/D转换器、误差补偿模块依次相连接，第一个A/D转换器的输出端和误差补偿模块的输出端均与所述的信号解调模块的输入端相连接，信号解调模块的输出端连接用户端。