[发明专利]斜行光干涉仪伸缩计量方法及装置

说明书

本发明属于长度计量技术领域。

用激光干涉法测量微小伸缩或位移，是长度计量的最精密的方法。在长度计量中最多使用的是迈克尔逊干涉仪。这种干涉仪一般以大尺度（米级量程）计量为目的，分辨能力约1/8波长（约80nm）。清华大学朱鹤年和张培林在《埃分辨率的激光系统及其在材料电致形变测量中的应用》（《中国激光》1983年第10卷第8.9期）一文中提出了小变量高灵敏度计量系统，该系统可达埃的测量分辩率。但是这种计量系统电路较复杂，而且需用昂贵的稳频激光器。

也可用法布里·白洛干涉仪进行长度计量。欧洲专利EP-101-726-A提供的装置，能测量微小位移，但因压电陶瓷动程很小，仅靠干涉仪间距不变就不能进行大量程计量，同时测量中受干涉仪间隙中的物理变化的影响。美国专利US-4172663，虽然也采用了多光束同波长光束进入干涉仪，但由于它是以光的波长为测量对象的，它的元件性质、光路、机械都是为达到测波长这一目的而设计的，因而它不能用来测长度变化量。而李志超等人把法布里·白洛干涉仪用于磁致伸缩计量，由于把光程差减小到0.1mm水平，减小了物理变化对测量的影响，并获得3nm的分辨力（《金属材料研究》1984年10月第40页）。它的缺点是：当长度变化量值比半波长大时，从示波屏上图形的移动来读出数据是困难的，当变化进行较快时变为不可能。

本发明的目的在于提供一种斜行光干涉仪伸缩计量方法及装置，它能扩大量程，方便读数。

本发明的任务是以如下方式完成的：法布里·白洛干涉仪的一个镜片，通过中心测杆与待测物接触，随待测物一起运动;另一镜片粘在压电陶瓷的自由端，压电陶瓷在扫描电压的作用下，带动镜片作扫描运动。采用二束或二束以上光束，至少有一束光通过法布里·白洛干涉仪时的行进方向与伸缩位移方向或干涉仪法线方向有夹角。该夹角的形成，可以是光束正入射，干涉仪斜放;可以是干涉仪正放，光束斜入射;以及干涉仪斜放，光束取任意方向。法布里·白洛干涉仪的光程差公式是：

Δ＝2d·COSθ＝kλ

式中Δ为透射光束之间的光程差，d为镜间距离，θ为光束与镜面法线的交角，λ为光波长，k为干涉级数。当k为整数时干涉光强为极大。在斜行光束上，干涉光极大值的间隔，对应的位移量不是δd＝λ/2，而是大于λ/2的值;λ/2COSθ。因而在示波图上，正入射光束和斜行光束的峰间距不同，它们的排列正如游标卡尺一样，正入射光好象主尺，斜行光好象游标，根据它们与扫描电压波形的相位关系，可以得到待测物的伸缩或位移变化量。

当待测量为Δd时，在正入射光束（干涉仪正放）上对应干涉级数变化为ΔK₀，在斜行光束上对应干涉级数变化为ΔK₁，分别用右上角标i和d表示它们的整数和小数部分;

在｜ΔKi0]]>-ΔKi1]]>｜＜1的范围，对于一定的Δ有：