[发明专利]一种实时正交的激光自混合干涉位移测量仪及位移重构方法有效

专利信息
申请号: 202110512496.0 申请日: 2021-05-11
公开(公告)号: CN113483671B 公开(公告)日: 2023-03-28
发明(设计)人: 黄贞;李栋宇;郑剑虹;李清华;金肖;徐兵;张婷婷;张正贺;黄铭朗;阮海静;张壹清;林圣又;刘慧轩 申请(专利权)人: 岭南师范学院
主分类号: G01B11/02 分类号: G01B11/02
代理公司: 广州粤高专利商标代理有限公司 44102 代理人: 刘瑶云;陈伟斌
地址: 524048 广*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 实时 正交 激光 混合 干涉 位移 测量仪 方法
【说明书】:

发明公开了一种实时正交的激光自混合干涉位移测量仪及位移重构方法,包括:沿着光路方向依次设置的:一个He‑Ne激光器、一个2°的劈尖、各一个包含有光澜的第一光电传感器和第二光电传感器、待测目标体;所述第一光电传感器和所述第二光电传感器通过采集卡与计算机和待测目标驱动器相互连接。该实时正交的激光自混合干涉位移测量仪及位移重构方法,利用激光自混合干涉的特点、在光路中引入了劈尖结合,构建了一种新的位移测量方法,利用本方法可以实时地实现微弱反馈水平下目标位移快速测量,此外,本方法利用无需提前判断目标位移的运动方向,利用正交位移重构算法可以直接重构出目标的位移波形。

技术领域

本发明涉及精密光学干涉测量技术领域,具体为一种实时正交的激光自混合干涉位移测量仪及位移重构方法。

背景技术

位移测量是测量学的重要分支,在科研、工业生产和医学等许多领域需要对目标的位移进行测量,在精密机械、微机电系统等先进制造业领域,一般需要位移测量仪所占空间要小、灵敏度高、非接触式测量、在线实时测量等特点,迫切需要快速实时的传感器以适应不同的工况需求。

传统的位移测量方法主要有电位器式、电感式、电涡流式、电容式、磁致伸缩式等,但这些传统测量方法的技术性能已难以满足现代科学技术和生产实践发展的需要,随着先进激光技术、半导体技术和计算机技术的发展,以激光为基础的光学振动测量技术以其高精度、非接触式无损测量等显著的优点已在光学检测中具有非常广泛的应用,如迈克尔逊干涉、光栅干涉、光照强度、光电动势、光学增量编码等多种光学振动传感技术被用于测量目标位移,然而,上述几种传感技术的系统光路结构复杂、调试困难、系统昂贵,这些缺点限制了它们在相关领域的应用推广。

对于现有的精密光学测振仪,如德国的PloyTec5000型多普勒测振仪,盖仪器包括Mach-Zehnder干涉仪、激光传感模组等,具有高度集成的硬件电路和复杂的软件处理模块,价格高于40万人民币,非常昂贵,且应用条件苛刻,损伤繁琐,对非合作目标(粗糙表面的目标)不友好。

基于激光自混合干涉的位移测量技术,以其在激光器外部无需任何光学元件、结构简单的优点已在诸多领域得以应用,如模态分析、探伤、故障诊断、人体动脉脉搏波的检测、电机径向跳动跟踪等,并逐步取代一些传统的光学测量方法,成为一代新颖的位移测量技术。

但是传统的激光自混合干涉位移测量仪,需要激光器处于适度光反馈水平,从而利用自混合干涉信号的倾斜方向,提前判断目标位移方向,然后还进行相位展开重构目标位移,这种方法对目标表面的反射系数有一定的要求,不适用于微弱反馈水平,而且无法实现目标位移的实时重构,无法满足制造业不同工况下的实时测量需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时正交的激光自混合干涉位移测量仪及位移重构方法,以解决上述背景技术提出的目前市场上传统的激光自混合干涉位移测量仪,需要激光器处于适度光反馈水平,从而利用自混合干涉信号的倾斜方向,提前判断目标位移方向,然后还进行相位展开重构目标位移,这种方法对目标表面的反射系数有一定的要求,不适用于微弱反馈水平,而且无法实现目标位移的实时重构,无法满足制造业不同工况下的实时测量需求的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种实时正交的激光自混合干涉位移测量仪及位移重构方法,包括:沿着光路方向依次设置的:一个He-Ne激光器、一个2°的劈尖、各一个包含有光澜的第一光电传感器和第二光电传感器、待测目标体;

所述第一光电传感器和所述第二光电传感器之间连接有采集卡,并所述采集卡与计算机相互连接,且所述计算机和所述待测目标体之间连接有待测目标驱动器。

优选的,2°的所述劈尖与光传播方向成45°放置。

优选的,包含有光澜的所述第一光电传感器采集所述He-Ne激光器背向的自混合干涉信号;

包含有光澜的所述第二光电传感器采集所述He-Ne激光器前向的自混合干涉信号。

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