第章 激光干涉测量技术.ppt

激光干涉测量长度和位移 2 干涉仪组成——(二)条纹计数与结果处理系统 (1)移相器——c. 金属膜移相 利用金属膜表面反射和透射时产生附加相差的原理，在分光器的分光面上镀上金属膜做成金属膜分幅移相器，如图2.11所示。它的移相程度取决于镀层的厚度及其组成。铝膜可以移相70o～90o，金银合金膜的稳定性比铝膜好。 在图2.11中，光路2中产生干涉的两束光均经过金属移相膜的一次透射和一次反射，光电接收器接收的是位相相同的两束激光所形成的干涉条纹。 激光干涉测量长度和位移 2 干涉仪组成——(二)条纹计数与结果处理系统 (1)移相器——c. 金属膜移相 而在光路1中产生干涉的两束光，一束是经过金属移相膜的两次反射，另一路则经过两次透射。 若金属移相膜使反射光束和透射光束产生45o位相差，则光电接收器接收的是位相差为90o两束光的干涉信号。这样，两个光电接收器接收的信号位相差为90o。这种移相方法的优点是两光束受振动和大气扰动的影响相同，元件少，结构紧凑。其缺点是两相干光束的光强不同，影响条纹对比度，改善办法是在光束强的反射器前放一块吸收滤光片，使两束光强度接近一致以提高对比度。 激光干涉测量长度和位移 2 干涉仪组成——(二)条纹计数与结果处理系统 (1)移相器——d. 分偏振法移相 图2.12是分偏振法移相的光路图。输入光束是与垂直入射面成45o角的平面偏振光，由分光器和活动反射器发射后，信号光束的输出还是45o的平面偏振光，因此，它的垂直和水平分量位相相同。 在参考光路中加入1/4波片，使参考光变成圆偏振光，它的垂直和水平分量相差为90o.光束会合后用一个渥拉斯顿棱镜使垂直分量和水平分量分开，给出两个干涉条纹，它们的位相差为90o。 激光干涉测量长度和位移 2 干涉仪组成——(二)条纹计数与结果处理系统 (2)干涉条纹计数及判向原理 干涉仪在实际测量位移时，由于测量反射镜在测量过程中，可能需要正、反两方向的移动，或由于外界振动、导轨误差等干扰，使反射镜在正向移动中，偶然有反向移动，所以，干涉仪中需设计方向判别部分，将计数脉冲分为加和减两种脉冲，当测量镜正向移动时所产生的脉冲为加脉冲，而反向移动时所产生的脉冲为减脉冲。将这两种脉冲送入可逆计数器进行可逆计算就可以获得真正的位移值。如果测量系统没有判向能力，光电接收器接收的信号是测量镜正、反两方向移动的总和，并不代表真正的位移值。 激光干涉测量长度和位移 2 干涉仪组成——(二)条纹计数与结果处理系统 (2)干涉条纹计数及判向原理 (1)通过移相获得两路相差π/2的干涉条纹的光强信号，该信号由两个光电探测器接收，便可获得与干涉信号相对应的两路相差π/2的正弦信号和余弦信号。 激光干涉测量长度和位移 2 干涉仪组成——(二)条纹计数与结果处理系统 (2)干涉条纹计数及判向原理 (2)经放大、整形、倒向及微分等处理，可以获得四个相位依次相差π/2的脉冲信号。 激光干涉测量长度和位移 2 干涉仪组成——(二)条纹计数与结果处理系统 (2)干涉条纹计数及判向原理 (3) 若将脉冲排列的相位顺序在反射镜正向移动时定为：1、3、2、4;反向位移时的相位的排列次序定为：1、4、2、3, 由此，在后面的逻辑电路便可根据脉冲1后面的相位是2还是4，判断脉冲的方向，并送入加脉冲的“门”或减脉冲的“门”，这样便实现了判向的目的。 (4)经判向电路后，将一个周期的干涉信号变成四个脉冲输出信号，使一个计数脉冲代表了1/4干涉条纹的变化，即表示目标镜的移动距离为λ/8，实现了干涉条纹的四倍频计数，相应的测量长度为L=K· λ/8。 激光干涉测量长度和位移 2 干涉条纹对比度 干涉测量是将被测量引起的光的相位变化转为转化为干涉信号光强的变化，由光电接收器探测出这种光强变化，从而实现高精度测量。所以，获得高质量的干涉信号时保证测量系统稳定性和测量精度的必要条件。干涉条纹对比度是反映干涉信号的重要指标，用M来表示： 表达式为： 式中，Imax和Imin分别表示干涉信号的最大光强和最小光强。对比度M的值在0~1之间变化，当M=1时，干涉条纹质量最好，当M=0时，没有干涉条纹。 实际干涉仪中，干涉条纹的对比度都小于1。影响干涉条纹的因素很多，主要有：光源相干性、两相干光束之间的光强差异及不同的偏振态、外界的漫射光以及机械系统的热变形等。所以，在实际应用中，应设法减小或消除这些方面的干扰。 激光干涉测量长度和位移 2 激光干涉测长的应用 1、激光比长仪 激光比长仪采用激光器作光源，通过光波干涉比长的方法来检定基准米尺，即通过激光干涉仪实现基准米尺和光波波长比较。由于激光波长具有高度的稳定性，其复现精度可达±5x