[发明专利]多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量玻璃厚度的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量玻璃厚度的装置及方法，属于微位移检测技术领域。

背景技术

精密玻璃厚度测量是工程领域一直需要面对和解决的问题。随着科学技术的发展，厚度测量方法不断的推陈出新，包括光学测量法、干涉测量法和衍射法等。利用这些方法一般都不能达到高准确度角度测量的要求。

由于光学测角由于具有非接触性、精度高和结构简单等特点而备受人们的重视，因此使用光学测角的方法得到了越来越广泛的应用。正是基于此种情况，我们提出了一种基于多光束激光外差检测的动态测角算法，其特点是不需要动镜的方向信息，可以在满足精度的同时实现大范围倾角检测。

但是上述基于多光束激光外差检测的动态测角算法采集的激光差频信号质量和信号处理的运算速度均不理想。

发明内容

本发明为了解决现有基于多光束激光外差检测的动态测角算法采集的激光差频信号质量和信号处理的运算速度均不理想的问题，而提出的多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量玻璃厚度的装置及方法。

多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量玻璃厚度的装置及方法，所述装置由激光器、偏振分束镜PBS、四分之一波片、振镜、平面反射镜、待测厚度玻璃板、会聚透镜、光电探测器和信号处理系统组成，

激光器发出的线偏振光经偏振分束镜PBS反射后入射至四分之一波片，经该四分之一波片透射后的光束入射至振镜的光接收面，经该振镜反射的光束再次经四分之一波片透射后发送至偏振分束镜PBS，经该偏振分束镜PBS透射后的光束入射至平面反射镜的反射面，经该平面反射镜反射后的光束入射至待测厚度玻璃板，经该待测厚度玻璃板前表面透射的光束在该待测厚度玻璃板内、经该待测厚度玻璃板后表面多次反射后获得多束反射光，该多束反射光经该待测厚度玻璃板的前表面透射之后与经该待测厚度玻璃板前表面反射后的光束均通过会聚透镜汇聚至光电探测器的光敏面上，所述光电探测器输出电信号给信号处理系统。

采用上述多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量玻璃厚度的装置及方法实现玻璃厚度测量的方法，该方法的过程为：

首先，利用二维调整架调节平面反射镜和待测厚度玻璃板的位置，使平面反射镜的反射光入射到待测厚度玻璃板的中心位置；

然后，打开振镜的驱动电源使振镜开始做简谐振动；同时，打开激光器；开始测量，在测量过程中，通过信号处理系统连续采集光电探测器输出的电信号，并对采集到的信号进行处理，获得待测厚度玻璃板的厚度d，

d＝f/K，

式中f为干涉信号的频率，K为比例系数。

本申请所述测量装置及方法不但具有传统光学测角技术具有非接触性、精度高和结构简单等优点，还具有采集的激光差频信号质量高和信号处理的运算速度快的突出优点。本申请通过在光路中加入振镜4，振镜4在正弦驱动信号作用下作简谐振动，可以对不同时刻入射到其前表面的光进行频率调制，把待测厚度玻璃6的信息加载到外差信号二次谐波的频率差中，通过傅里叶变化就可以解调出待测厚度玻璃6信息，且测量精度极高。将激光外差技术和激光多普勒技术结合使用，将两种技术的优势很好的应用到了玻璃厚度的检测上，使得调制、检测、处理简单易行。

本申请所述方法是一种良好的非接触测量玻璃厚度的方法，可以应用在恶劣测量环境上。应用此方法测量玻璃厚度时具有精度高，线形度好，测量速度快等优势。仿真结果表明，该方法在测量不同玻璃厚度时，测量误差小于0.08％，说明该方法应用是可行、可靠的，能够满足微小玻璃厚度测量的要求，为许多工程领域提供了很好的测量手段，可以广泛的应用于激光雷达、机械、仪器仪表和电子产品制造业中。

附图说明

图1为本发明所述多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量玻璃厚度的装置的结构示意图；

图2为待测厚度玻璃板的多光束激光干涉原理图；

图3为多光束激光外差二次谐波信号的傅里叶变换频谱图；

图4为测量不同玻璃厚度测量对应的傅里叶变换频谱；图中最左边谱线表示待测玻璃厚度为1mm依次按照步长2mm增加到最后边谱线为待测玻璃厚度为15mm

具体实施方式