[发明专利]角度补偿式激光外差干涉位移测量装置及方法

权利要求书

1.一种角度补偿式激光外差干涉位移测量装置，其特征在于：包括激光外差干涉位移测量光路部分和角锥棱镜(13)，激光外差干涉位移测量光路部分包括双频激光器(1)、第一分光镜(2)、第一偏振片(3)、第一光电探测器(4)、第一偏振分光镜(5)、第一四分之一波片(6)、第一平面镜(7)、第二偏振片(8)、第二光电探测器(9)、法拉第旋光器(10)、第二偏振分光镜(11)、第二四分之一波片(12)和第二平面镜(14)；

双频激光器(1)输出的正交线偏振光，正交线偏振光入射到第一分光镜(2)发生反射和透射分成两束光，第一分光镜(2)的反射光经第一偏振片(3)产生拍频干涉后被第一光电探测器(4)接收获得参考信号；

第一分光镜(2)的透射光入射到第一偏振分光镜(5)经反射和透射分成两束光：

第一偏振分光镜(5)的反射光作为第一测量光束，第一测量光束经第一四分之一波片(6)后入射到第一平面镜(7)反射，第一平面镜(7)反射光再经第一四分之一波片(6)后返回到第一偏振分光镜(5)发生透射，第一偏振分光镜(5)透射光经第二偏振片(8)透射后入射到第二光电探测器(9)，并作为测量信号的一部分；

第一偏振分光镜(5)的透射光作为第二测量光束，第二测量光束经法拉第旋光器(10)入射到第二偏振分光镜(11)发生透射，经第二四分之一波片(12)后入射到角锥棱镜(13)，被角锥棱镜(13)正常反射后再经第二四分之一波片(12)回到第二偏振分光镜(11)，再经第二偏振分光镜(11)反射到第二平面镜(14)，经第二平面镜(14)反射后形成逆反光束，逆反光束按原光路逆反回到第一偏振分光镜(5)处，逆反光束经第一偏振分光镜(5)反射后再经第二偏振片(8)透射，然后经第二偏振片(8)入射到第二光电探测器(9)，并作为测量信号的另一部分；

逆反光束和第一测量光束在第二偏振片(8)处透射光产生拍频干涉，被第二光电探测器(9)接收获得测量信号；

还包括激光光斑检测转角测量光路部分，激光光斑检测转角测量光路部分包括角锥棱镜(13)上的半透半反膜、会聚透镜(15)和位置敏感探测器(16)，有第二测量光束入射的角锥棱镜(13)一侧入射面上镀有半透半反膜，使得第二测量光束入射到角锥棱镜(13)入射面上同时发生反射和透射，角锥棱镜(13)入射面的透射光进入角锥棱镜(13)内部进行正常反射，角锥棱镜(13)入射面的反射光经第二偏振分光镜(11)发生反射，第二偏振分光镜(11)反射光经会聚透镜(15)入射到位置敏感探测器(16)。

2.根据权利要求1所述的一种角度补偿式激光外差干涉位移测量装置，其特征在于：所述的逆反光束按原光路逆反回到第一偏振分光镜(5)处，具体是：逆反光束从第二平面镜(14)反射出后，依次经第二偏振分光镜(11)反射、第二四分之一波片(12)透射、角锥棱镜(13)反射、第二四分之一波片(12)透射、第二偏振分光镜(11)透射后，再经法拉第旋光器(10)入射到第一偏振分光镜(5)。

3.根据权利要求1所述的一种角度补偿式激光外差干涉位移测量装置，其特征在于：所述的角锥棱镜(13)与被测对象(17)固定在一起，并随着被测对象(17)一起运动。

4.根据权利要求1所述的一种角度补偿式激光外差干涉位移测量装置，其特征在于：所述第一四分之一波片(6)和第二四分之一波片(12)的快轴方向均与线偏振光的偏振方向呈45°布置。

5.根据权利要求1所述的一种角度补偿式激光外差干涉位移测量装置，其特征在于：所述法拉第旋光器(10)的旋光角度为45°，所述第二偏振分光镜(11)绕光轴沿着第二测量光束正向传播方向角度看去顺时针旋转45°放置。

6.根据权利要求1所述的一种角度补偿式激光外差干涉位移测量装置，其特征在于：还包含信号采集处理模块和计算机，第一光电探测器(4)和第二光电探测器(9)，位置敏感探测器(16)均经信号采集处理模块与计算机连接，第一光电探测器(4)和第二光电探测器(9)分别探测到的参考信号和测量信号以及位置敏感探测器(16)探测到的光斑位置信号经数据采集处理模块传输至计算机进行处理，最终由计算机给出补偿后的位移测量结果。