[0007] 本发明的目的在于针对目前激光干涉仪抗环境干扰能力差的不足,提供一种能够抗环境干扰的激光干涉仪。
[0008] 为了实现上述发明目的,本发明提供了以下技术方案:
[0009] 一种对比式抗干扰微动级联阶梯角反射镜激光干涉仪,包括有激光源、微动阶梯角反射镜组、干涉测量光电探测器组、移动角反射镜、分光镜组和微动平台,所述微动阶梯角反射镜组包括有m个微动阶梯角反射镜和m-1个固定角反射镜,m>2,m个所述微动阶梯角反射镜设置在所述微动平台上;
[0010] 所述激光源向所述分光镜组射出z束激光束,其中z为大于或者等于2的正整数,所述干涉测量光电探测器组包括有z个干涉测量光电探测器,每一个干涉测量光电探测器与一束激光束相对应;
[0011] 各激光束经所述分光镜组后分为第一激光束组和第二激光束组,所述第一激光束组射向所述微动阶梯角反射镜组,经所述微动阶梯角反射镜组反射后再次射向所述分光镜组,再经所述分光镜组后射向所述干涉测量光电探测器组,所述第二激光束组射向所述移动角反射镜,经所述移动角反射镜反射后再次射向所述分光镜组,经所述分光镜组后相对应的与射向所述干涉测量光电探测器组的第一激光束组发生干涉,形成干涉激光束组,干涉激光束组的各干涉光束分别射向各自对应的所述干涉测量光电探测器;
[0012] 所述微动阶梯角反射镜组包括有两个微动阶梯角反射镜和一个固定角反射镜,每个微动阶梯角反射镜具有成直角的两个反射阶梯面,每个所述反射阶梯面包括z个成阶梯型的反射平面,第一激光束组射入所述微动阶梯角反射镜组时,先射到其中一个微动阶梯角反射镜的一个反射阶梯面上,第一激光束组的z束激光与该反射阶梯面的z个反射平面一一对应,经该反射阶梯面反射后射到该微动阶梯角反射镜的另一个反射阶梯面上,经反射后再射向所述固定角反射镜,经固定角反射镜反射后再射向另一个微动阶梯角反射镜,经该微动阶梯角反射镜反射后,再射向所述分光镜组;
[0013] 所述对比式抗干扰微动级联阶梯角反射镜激光干涉仪还包括有反射测量光电探测器组,所述反射测量光电探测器组包括有z个反射测量光电探测器,所述第二激光束组在由所述移动角反射镜射向所述分光镜组后还形成有反射激光束组,所述反射激光束组的各激光束分别射向一个所述反射测量光电探测器。
[0014] 作为进一步的优选方案,所述分光镜组包括有第一分光镜和第二分光镜,所述激光源射出的z束激光束先射到第一分光镜,经第一分光镜反射形成第一激光束组,经第一分光镜透射形成第二激光束组,第一激光束组射向所述微动阶梯角反射镜组,经反射后再次射向所述第一分光镜,然后再透射过所述第一分光镜,所述第二激光束组射向所述移动角反射镜,经所述移动角反射镜反射后射向所述第二分光镜,经所述第二分光镜透射后射向所述第一分光镜,并且与从所述第一分光镜透射出的第一激光束组发生干涉,形成干涉激光束组后射向所述干涉测量光电探测器组,由所述移动角反射镜射向所述第二分光镜的所述第二激光束组还被所述第二分光镜反射形成所述反射激光束组。
[0015] 本申请的激光干涉仪,由于反射测量光电探测器组可以测量移动角反射镜反射激光束组的强度,根据反射激光束组的强度确定激光干涉光束的干涉状态,如此实现抗环境干扰的目的。
[0016] 作为进一步的优选方案,在所述激光源、微动阶梯角反射镜组、干涉测量光电探测器组、分光镜组、反射测量光电探测器组中任意两个之间的激光束设置在封闭空间内而不与外部环境空间接触。在本申请中,激光源、微动阶梯角反射镜组、干涉测量光电探测器组、分光镜组和反射测量光电探测器组这些部件任意两个之间的激光束设置在封闭空间内,使得在进行测量的过程中,上述这些部件之间的激光束并不会受到环境因素的影响,进而保证了本申请激光干涉仪的测量精度。
[0017] 作为进一步的优选方案,所述分光镜组与所述移动角反射镜之间的激光束暴露在环境空气之中。在实际使用时,移动角反射镜设置在被测物体上,随被测物体运动,所以在本申请中,将分光镜组与移动角反射镜之间的激光束暴露在环境空气之中,首先是使得本申请激光干涉仪结构简单,同时还方便本申请激光干涉仪的布置。
[0018] 本申请还公开了一种用于上述激光干涉仪结构的标定方法,
[0019] 一种用于对比式抗干扰微动级联阶梯角反射镜激光干涉仪的标定方法,包括下述步骤:
[0020] 步骤一、位置调整:调整好激光源、微动阶梯角反射镜组、分光镜组、干涉测量光电探测器组、反射测量光电探测器组、移动角反射镜和微动平台的位置;
[0021] 步骤二、调整光路:启动所述激光源,进一步精确调整微动阶梯角反射镜组、分光镜组、干涉测量光电探测器组、反射测量光电探测器组、移动角反射镜和微动平台的位置,使激光干涉仪的光路达到设计要求;
[0022] 步骤三、生成最强干涉数据库:选取干涉测量光电探测器组中的一个干涉测量光电探测器作为标定干涉测量光电探测器,选取反射测量光电探测器组中的一个反射测量光电探测器作为标定反射测量光电探测器,所述标定干涉测量光电探测器与所述标定反射测量光电探测器与所述激光源射出的同一束激光束相对应,在空气洁净的环境下控制所述微动平台移动,当射向所述标定干涉测量光电探测器的干涉光束为最强相长干涉时固定所述微动平台,记录此时标定反射测量光电探测器读数和标定干涉测量光电探测器读数,改变空气环境使所述标定反射测量光电探测器读数变化,同时记录若干个标定反射测量光电探测器读数以及对应的标定干涉测量光电探测器读数,得到最强干涉数据库。
[0023] 作为进一步的优选方案,重复所述步骤三,每次选取不同的标定反射测量光电探测器和标定干涉测量光电探测器,得到z个最强干涉数据库。由于重复了步骤三,得到z个最强干涉数据库,直接增加的数据库的数量,更加利于检测过程中数据的匹配查询,并且,实现多波长激光源、微动阶梯角反射镜组和z个最强干涉数据库之间的相互协同,提高激光干涉仪的测量精度。
[0024] 本申请的激光干涉仪结构以及标定方法,在最强相长干涉时,改变测量环境,记录标定反射测量光电探测器读数和标定干涉测量光电探测器读数形成最强干涉数据库,在实际测量过程中,如果存在由于环境因素而导致干涉测量光电探测器组不能够正常检测到最强相长干涉时,可以根据标定反射测量光电探测器读数和标定干涉测量光电探测器读数与最强干涉数据库中的数据进行比对,如果存在有匹配数据,则该位置为最强相长干涉,如此使得本申请的激光干涉仪实现抗环境干扰的能力。
[0025] 作为进一步的优选方案,还包括有步骤四、生成最弱干涉数据库:在空气洁净的环境下控制所述微动平台移动,当射向所述标定干涉测量光电探测器的干涉光束为最弱相消干涉时固定所述微动平台,记录此时标定反射测量光电探测器读数和标定干涉测量光电探测器读数,改变空气环境使所述标定反射测量光电探测器读数变化,同时记录若干个标定反射测量光电探测器读数以及对应的标定干涉测量光电探测器读数,得到最弱干涉数据库。
[0026] 作为进一步的优选方案,重复所述步骤四,每次选取不同的标定反射测量光电探测器和标定干涉测量光电探测器,得到z个最弱干涉数据库。
[0027] 作为进一步的优选方案,还包括有步骤五、生成1/n波长干涉数据库,n为大于或等2的正整数,在空气洁净的环境下控制所述微动平台移动,当射向所述标定干涉测量光电探测器的干涉光束为最强相长干涉时,再继续移动1/2mn波长的距离,记录此时标定反射测量光电探测器读数和标定干涉测量光电探测器读数,然后改变空气环境使所述标定反射测量光电探测器读数变化,同时记录若干个所述标定反射测量光电探测器读数以及对应的标定干涉测量光电探测器读数,得到1/n波长干涉数据库。
[0028] 在两束激光发生干涉时,相邻的最强相长干涉与最弱相消干涉之间的光程差为半个波长,在本申请的标定方法中,对最强相长干涉、最弱相消干涉、1/n波长干涉都进行了标定,也就是说,在采用本申请的激光干涉仪进行实际测量时,可以根据标定反射测量光电探测器读数和标定干涉测量光电探测器读数与最强干涉数据库、最弱干涉数据库、1/n波长干涉数据库中的数据进行比对,根据数据的匹配情况确定该位置是最强相长干涉、最弱相消干涉还是1/n波长干涉。使得本申请的激光干涉仪不仅能够抗环境干扰,而且还提高了测量精度。
[0029] 作为进一步的优选方案,重复所述步骤五,每次选取不同的标定反射测量光电探测器和标定干涉测量光电探测器,得到z个1/n波长干涉数据库。
[0030] 本发明还公开了一种采用上述干涉仪以及标定方法的测量方法,
[0031] 一种采用对比式抗干扰微动级联阶梯角反射镜激光干涉仪和标定方法的测量方法:
[0032] 在实际测量环境中,设所述标定反射测量光电探测器测量到的信号读数为x,所述标定干涉测量光电探测器测量得到的信号读数为y,将x值和y值在最强干涉数据库、最弱干涉数据库、1/n波长干涉数据库中进行比对,当x值和y值与最强干涉数据库中的某一组值相匹配,则认为此位置为最强相长干涉位置,当x值和y值与最弱干涉数据库中的某一组值相匹配,则认为此位置为最弱相消干涉位置,当x值和y值与1/n波长干涉数据库中的某一组值相匹配,则认为此位置为1/n波长干涉位置。
[0033] 本申请的测量方法,通过x值和y值确定当前干涉光束的干涉情况,以此实现抗环境干扰的能力,同时还提高了测量精度。
[0034] 作为进一步的优选方案,设定y值的匹配阈值△,设最强干涉数据库、最弱干涉数据库、1/n波长干涉数据库中标定干涉测量光电探测器对应的数值为y’,根据x值对最强干涉数据库、最弱干涉数据库、1/n波长干涉数据库进行y’的查询,如果存在y’使|y-y'|<△,再区分y’所在的数据库,如果y’在最强干涉数据库内,则认为此位置为最强相长干涉位置,如果y’在最弱干涉数据库内,则认为此位置为最弱相消干涉位置,如果y’在1/n波长干涉数据库内,则认为此位置为1/n波长干涉位置。
[0035] 作为进一步的优选方案,设最强干涉数据库、最弱干涉数据库、1/n波长干涉数据库中标定反射测量光电探测器对应的数值为x’,在实际测量中,选择最接近实际测量值x的x’作为匹配值,根据x’值对最强干涉数据库、最弱干涉数据库、1/n波长干涉数据库进行y’进行查询,如果存在y’使|y-y'|<△,再区分y’所在的数据库,如果y’在最强干涉数据库内,则认为此位置为最强相长干涉位置,如果y’在最弱干涉数据库内,则认为此位置为最弱相消干涉位置,如果y’在1/n波长干涉数据库内,则认为此位置为1/n波长干涉位置。
[0036] 作为进一步的优选方案,所述匹配阈值△的大小保证在进行数据查询时,当满足|y-y'|<△时,y’为唯一值。当匹配阈值△较大时,可能会出现一组x值和y值匹配到两组或者多组x’值和y’值,给测量带来不便,所以先匹配阈值△,使在测量过程中一组x值和y值最多匹配一组x’值和y’值,方便测量。
[0037] 作为进一步的优选方案,所述匹配阈值△的大小按照实际测量的精度要求进行设定,当需要高精度的测量值时,采用较小的匹配阈值,当不需要高精度测量值时,采用较大的匹配阈值。
[0038] 作为进一步的优选方案,设△=5%。
[0039] 在本申请的测量方法中,通过设置匹配阈值△,根据实际测量精度的需要设置匹配阈值△的大小,以此方便测量过程中,数据的匹配选择,降低测量难度。
[0040] 与现有技术相比,本发明的有益效果:
[0041] 本申请的对比式抗干扰微动级联阶梯角反射镜激光干涉仪,首先通过设置多光束、微动阶梯角反射镜组以及角反射镜提高激光干涉仪的测量精度,同时通过设置反射测量光电探测器,激光干涉测量环境发生变化后,可以通过对移动角反射镜反射激光强度进行测量,激光干涉状态不再直接由干涉测量光电探测器组的信号大小确定,而是由反射测量光电探测器与干涉测量光电探测器组共同决定,如此实现激光干涉仪的抗干扰能力。
[0042] 本申请其他实施方案的有益效果:
[0043] 本申请的激光干涉仪,不仅能够确定最强相长干涉的位置,而且还能够确定最弱相消干涉的位置及1/n波长干涉位置,使本申请的激光干涉仪不仅能够抗环境干扰,而且还提高了测量精度;并且,本申请的测量方法、标定方法、多光束激光源、微动阶梯角反射镜组之间相互配合,进一步的提高了本申请激光干涉仪的测量精度。附图说明:
[0044] 图1为本发明激光干涉仪结构的光路示意图;
[0045] 图2为移动角反射镜移动时的结构示意图,
[0046] 图中标记:
[0047] 1-激光源,2-微动阶梯角反射镜组,3-移动角反射镜,4-干涉测量光电探测器组,5-分光镜组,6-反射测量光电探测器组,7-第一激光束组,8-第二激光束组,9-反射激光束组,10-微动平台,21-微动阶梯角反射镜,22-固定角反射镜,41-干涉测量光电探测器,41a-标定干涉测量光电探测器,51-第一分光镜,52-第二分光镜,61-反射测量光电探测器,61a-标定反射测量光电探测器。