[发明专利]双光源正弦相位调制位移测量干涉仪

说明书

技术领域

本发明涉及位移测量干涉仪，特别是一种双光源正弦相位调制位移测量干涉仪。

背景技术

信息技术和微电子机械系统(MEMS)技术的迅速发展，对位移检测技术提出了越来越高的要求。干涉测量技术因为具有高精度、高分辨率、非接触性等优点被广泛研究。正弦相位调制干涉技术是一种国际前沿的干涉测量技术，具有精度高、调制方便、结构简单等优点，近年来受到研究人员的重视，在位移测量领域得到了很大发展。

用于位移测量的正弦相位调制干涉仪具有纳米精度，但测量范围只有半个波长。为了解决这个问题，O.Sasaki等提出了一种双波长半导体激光干涉仪(在先技术[1]：“Two-wavelength sinusoidal phase modulating laser-diode interferometer insensitive toexternal disturbances”，Appl.Opt.30，4040-4045，1991)。此干涉仪采用两个光源，利用合成波长技术将测量范围扩大到152μm，大大扩大了测量范围。由于在测量过程中没有考虑光强调制的影响，此干涉仪的测量精度只有6μm；且测量不能实时进行。王向朝等发明人提出了一种全光纤大范围位移测量干涉仪(在先技术[2]：发明人王向朝，步扬，王学峰，“全光纤大范围位移测量仪”，2002)，该发明通过光热调制的方法减小正弦相位调制半导体激光干涉仪中光源光强调制的影响，有效地降低了测量误差，提高了位移测量精度。但是该装置结构复杂，需要使用4个半导体激光器，且只能在一定的范围内减小光强调制的影响，也不能实时测量。王学锋等发明人提出了一种双波长纳米精度实时干涉测量仪(在先技术[3]：发明人王学锋，王向朝，刘英明，钱锋，“双波长纳米精度实时干涉测量仪”，2002)，该发明兼有双波长干涉仪的大测量范围和单波长干涉仪的纳米精度，可在亚毫米的范围内实时实现位移的纳米精度测量。但是在测量过程中，没有考虑光源光强调制的影响，此干涉仪的测量精度仅为10nm。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述在先技术的不足，提供一种测量静态位移的干涉仪。本发明的干涉仪结构简单，不需要采用体光学元件，通过合理地选择正弦相位调制深度，从原理上消除了因未考虑光源的光强调制而对测量结果造成的误差，提高了测量精度。

本发明的技术解决方案如下：

一种双光源正弦相位调制位移测量干涉仪，包括由第一驱动电源驱动的带有第一温度控制器的第一光源、由第二驱动电源驱动的带有第二温度控制器的第二光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、隔离器、准直器、光电探测器和信号处理器，所述的第一驱动电源为第一光源提供直流驱动电流和正弦交流电流，由第一光源发射的光束通过第一段光纤进入第一光纤耦合器内，由第一光纤耦合器出射后，通过第二段光纤进入隔离器，由隔离器出射后，通过第三段光纤进入第二光纤耦合器内，由第二光纤耦合器出射后通过第四段光纤，经过准直器准直后照射到被测物体上，由被测物体表面反射的光和由准直器出射端面反射的光通过准直器后，经过第五段光纤入射到光电探测器内，所述的第二驱动电源为第二光源提供直流驱动电流和正弦交流电流，第二光源的中心波长λ₂不等于第一光源的中心波长，由第二光源发射的光束通过第六段光纤进入第一光纤耦合器内，由第一光纤耦合器出射后，通过第二段光纤射入隔离器，由隔离器出射后，通过第三段光纤进入第二光纤耦合器内，由第二光纤耦合器出射后通过第四段光纤，经过第一准直器准直后照射到被测物体上，由被测物体表面反射的光和由准直器端面反射的光通过准直器后，经过第五段光纤进入光电探测器内，第一驱动电源和第二驱动电源之间连接有触发控制器，信号处理器包含三个输入端口：第一输入端、第二输入端口、第三输入端口和一个输出端口，第一输入端口与光电探测器的输出端相连，第二输入端口与第一驱动电源相连，第三输入端口与第二驱动电源相连，输出端口与数字显示器相连，其特点在于，测量位移前，选择第一光源和第二光源的注入电流以及准直器和被测物体之间的初始距离，优化正弦相位调制深度为1.841。