[发明专利]一种用于压差形变测量的纳米级干涉测量方法

说明书

本申请提供一种用于压差形变测量的纳米级干涉测量方法，包括以下步骤：激光器发射光束传输至分光镜；分光镜将部分光束经参考镜反射后作为参考光束，其余光束穿过分光镜后进入真空容器内的测试样件上；包含测试样件特性的测试光束返回分光镜；反射出分光镜的测试光束与透射出分光镜的参考光束在传输至接收器的光程中发生干涉；接收器将干涉数据发送至数据采集单元；计算单元对接收的数据进行计算，得到测试样件未修正的形变数据；对未修正的形变数据进行修正，得到真实的形变数据。本申请的有益效果是：基于激光干涉原理，通过对环境气压实时反馈并进行折射率实时计算，最终实现对介质折射率变化造成光程差的补偿，实现压差形变的高精度测量。

技术领域

本发明涉及光电测量技术领域，具体涉及一种用于压差形变测量的纳米级干涉测量方法。

背景技术

随着加工水平的进步，超精密表面应用逐渐增加，超高精度(纳米级)检测需求日益增强，特别是针对航天领域特殊环境(真空低温)与特殊器件的测量，例如：导航系统中的控制力矩陀螺(CMG)核心高速转子需要真空密封，由于受大气压力作用，抽真空后其外部结构会因受到压力而产生变形，由于该器件的特殊性，微米量级的形变有可能造成内部转子的卡死，严重影响导航精度，目前主要通过仿真分析和电涡流方法进行测试，其中，电涡流测试方法精度最高仅达到微米量级，且无法识别变形方向，难以满足测量需求；此外高精度光学载荷，如空间望远镜等，对光学系统波相差要求一般小于衍射极限(0.25波长)，其波长级形面精度对结构位置精度提出了非常高的要求，当镜面从大气到真空环境时会产生形变，该形变会对像质造成影响，因此需要在地面完成真空环境下的纳米级镜面形变测量，并进行波像差的预补偿。

干涉法测量具有测量精度高、非接触等特点，是超精密测量的首选方法之一，目前大气环境下的干涉测量已经比较成熟。干涉测量法通过参考光路与测量光路的光程差判断被测试件的变形或位移，因此对空气折射率的稳定性要求较高。在航天器环境试验中，大气到真空环境(1.01*10⁵pa～1.3*10^-3pa)过程中测试件结构会因压差效应产生应力变形，特别是粗真空(1.01*10⁵pa-1*10²pa)阶段。目前真空环境(抽真空过程中)中的干涉测量方法没有得到应用，其主要原因是在抽真空过程中，由于容器内空气介质密度的改变，导致空气折射率的变化，造成测量路径光程误差的产生，最终系统测量精度严重下降。

发明内容

本申请的目的是针对以上问题，提供一种用于压差形变测量的纳米级干涉测量方法。

第一方面，本申请提供一种用于压差形变测量的纳米级干涉测量方法，包括以下步骤：

激光器发射光束，传输至分光镜；

分光镜将部分光束经参考镜反射回分光镜内作为参考光束，其余光束穿过分光镜后通过光学窗口透射至真空容器内的测试样件上进行测试；

包含测试样件特性的测试光束穿过光学窗口后返回至分光镜内；

反射出分光镜的测试光束与透射出分光镜的参考光束在传输至接收器的光程中发生干涉，产生的干涉数据被接收器接收；

接收器将接收的干涉数据发送至数据采集单元；

计算单元对数据采集单元发送的数据进行计算，得到测试样件未修正的形变数据；

对未修正的形变数据进行修正，得到真实的形变数据。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述接收器将接收的干涉数据发送至数据采集单元还包括：压力传感器将真空容器内的压力数值实时传送至数据采集单元。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述得到测试样件未修正的形变数据，具体包括：根据干涉数据计算出测量的未修正的测试样件形变数据，得到未修正形变-时间对应关系。