[实用新型]杠杆式微位移光学测定装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及微位移、微应变测试方法及其装置，尤其涉及一种微位移光学测试方法及其装置。

背景技术

目前测量微形变方法通常有干涉法、激光测距法、电容法、差动变压器法等。其中电容法和差动变压器法将微形变测量转化为电量测量，都需要与被测表面接触属接触法测量，干涉法和激光测距法将微形变量转化为光学测量，无需与被测表面接触是非接触测量。接触测量通过测头接触被测表面来获取被测形面的几何信息，测量精度高，但测量效率较低，测量范围相对较小；非接触测量又可分为激光测量和CCD视觉测量，二者都是通过对被测物图像的检测实现对被测物形面的信息提取，其采点速度明显较快，测量范围也较大，精度相对较低。

光学方法广泛应用于各种检测中包括线位移、角位移、速度、振动、加速度等，线位移或应变测试应用中光学方法按光学原理分有光学干涉法、光学强度法、位置检测法以及光电动势法等其他光学方法。

光学干涉法主要基于迈克耳逊干涉法原理进行测量，包括偏振干涉、外差干涉及多光束干涉等，麦克逊干涉法能快速测量线位移，其具有很高的准确度(nm级)和分辨率(pm级)，受干涉光波长影响比较大，测量范围有限(几十μm)。但其对测试环境要求较高，适合于实验室科研使用。对于高精度要求时，干涉法要求光波长稳定度优于4×10^-6，光源温度稳定度优于0.01摄氏度，对于更高的精度要求时要考虑光强度分布的均匀性以减少衍射对测试结果的影响，还要考虑其他影响因素如测试系统所有部分的稳定度。

随着光电科技的进步，光电传感器技术获得了很大的发展，在此基础上发展出来了位置检测法，包括光学电位计法、PSD法和离散位置检测器法等。

光学电位计是M.F.Laguesse于1989年研制的一种光电位计式位置传感器，像一个电位计，光源作为滑动触头，荧光光纤作为静接触臂。通过两端荧光光纤输出信号电平来测量光源移动距离，其测量结果与光纤长度、光学衰减系数等相关。

PSD(Position-Sensitive Detector)是基于PN节随着光照强度改变而产生不同光电流，其测量精度影响因素包括暗电流、背景亮度和其他噪声。PSD测试包括两种测量方法，直流光电流法和交流相位检测法，其具有各自的优缺点。其测量分辨率可达1μm，测量范围可达70mm。PSD可以测量横向位移和轴向位移。

离散位置检测器(Discrete Position Detectors)法：PSD作为连续光传感器而出现，光传感器阵列可以同时检测光束位置和位移，其精度影响因素包括单个光传感器的尺寸，相对距离和光源强度分布。CCD作为离散位置检测器的代表性器件能提供光的位置分辨率和光的强度信息，为图像技术的发展提供了巨大的空间。在此基础上发展起来的微位移检测方法有数字散斑相关法，激光三角法、像散法、临界角法、傅科法和斜光束法等，其具有较高的分辨率和精度。如斜射三角法量程可达1000μm，分辨力小于0.2μm；以临界角法原理为基础的高精度光学表面传感器HIPOSS具有小于1nm的垂直分辨率和0.65μm的水平分辨率；以像散法原理为基础的表面粗糙度传感器具有2nm的测量分辨率。

光学方法还有其他方法如光学增量编码器可以测量线位移，分辨率可达0.05μm，测量范围可达几十mm；Hartmann波面传感器可以在20mm测量范围获得1μm的精度；光电动势法可在2mm的量程获得1μm分辨率。

在现有的微位移、微应变测试方法中，μm精度的设备大多价格昂贵、设备复杂宏大，因此，光学杠杆微位移测试方法应用于微位移、微应变有着良好的发展前景。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种结构简单、测试过程便于操作的杠杆式微位移光学测定装置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种杠杆式微位移光学测定装置，包括：光斑位移测定装置，还包括杠杆，该杠杆设在支撑上，以杠杆的短臂上的一点作为待测微位移的输入端，在杠杆的长臂上设有激光器，在激光器的前方设有用于显示光斑位移的投影面，上述光斑位移测定装置用于激光器所发出光斑的位移量的获取及微位移的计算。

本实用新型的激光器设在杠杆长臂的端部，且使激光器产生的激光束与杠杆平行。以杠杆短臂的端部作为待测微位移的输入端。支撑的下端连接一基座，在基座1上设有一块电源极板，在待测微位移的输入端上连接有兼做配重用的接触杆，在接触杆的下方设有另一电源极板，上述一块电源极板与另一电源极板分别连接于可调高压电源。