CN102679865A - 用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱、测量系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱、干涉仪热漂移系数的测量系统和干涉仪热漂移系数的测量方法,所述用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,包括:箱体、加热装置、用于承载干涉仪的微晶玻璃和测量反射镜,所述箱体上设置有视窗,所述加热装置、微晶玻璃和测量反射镜置于所述箱体内,所述微晶玻璃靠近所述视窗,所述干涉仪置于所述微晶玻璃的靠近所述视窗的一端,所述测量反射镜置于所述微晶玻璃上并且与所述干涉仪出光面贴合。达到了精确、方便地得到干涉仪热漂移系数η的目的。
Description
技术领域
本发明涉及干涉仪性能测试领域,特别涉及一种用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱、干涉仪热漂移系数的测量系统和干涉仪热漂移系数的测量方法。
背景技术
干涉仪是一种利用干涉原理测量光程之差从而测定有关物理量的光学仪器。两束相干光间光程差的任何变化会非常灵敏地导致干涉条纹的移动,而某一束相干光的光程变化是由它所通过的几何路程或介质折射率的变化引起,所以通过干涉条纹的移动变化可测量几何长度或折射率的微小改变量,从而测得与此有关的其他物理量。测量精度决定于测量光程差的精度,干涉条纹每移动一个条纹间距,光程差就改变一个波长,所以干涉仪是以光波波长为单位测量
光程差的,其测量精度之高是任何其他测量方法所无法比拟的。
干涉仪作为一种超精密的非接触式测量设备,可以进行高速高精密的位移测量,如果与不同的附件组合,还可以进行长度、速度、角度、平面度、直线度等测量,具有测量范围大、分辨率高、精度高等优势。在半导体制造、精密机床技工、军事、航天、汽车制造、坐标测量等领域都具有非常广泛的应用。随着干涉仪分辨率和测量精度的不断提高,非线性误差和热漂移误差越来越引起人们的重视。
所谓热漂移误差,主要是由于环境温度变化会导致干涉仪内光学元件长度或折射率变化以及干涉仪材料热膨胀,引起干涉仪参考臂与测量臂的光程变化产生光程差变化,从而带来测量误差。可见,温度变化对于干涉仪的测量产生较大的影响,因此,测得干涉仪随温度的变化情况,即干涉仪热漂移系数非常重要。当得知干涉仪热漂移系数后,便可根据该得到的干涉仪热漂移系数对干涉仪进行热漂移补偿。然而,现有技术中并未提供一种干涉仪热漂移系数的测
量系统或者测量方法,以便精确、方便地测得干涉仪热漂移系数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱、测量系统和测量方法,以解决现有技术中并未提供一种干涉仪热漂移系数的测量系统或者测量方法,难以精确、方便地测得干涉仪热漂移系数的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,包括:箱体、加热装置、用于承载干涉仪的微晶玻璃和测量反射镜,所述箱体上设置有视窗,所述加热装置、微晶玻璃和测量反射镜置于所述箱体内,所述微晶玻璃靠近所述视窗,所述干涉仪置于所述微晶玻璃的靠近所述视窗的一端,所述测量反射镜置于所述微晶玻璃上并且与所述干涉仪出光面贴合。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,所述视窗的材料为光学玻璃。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,所述光学玻璃的双面经过抛光。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,所述光学玻璃的双面镀有增透膜。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,所述光学玻璃的面型为八分之一波长。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,所述微晶玻璃的热膨胀系数小于等于0.02×10-6/℃。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,所述箱体的长度为25cm~40cm、宽度为25cm~40cm、高度为25cm~40cm。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,还包括风机,所述风机置于所述箱体内。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,还包括风机出风窗体,所述风机出风窗体置于所述箱体内,并且所述风机出风窗体设置于所述风机的出风口。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,还包括风扇过滤装置,所述风扇过滤装置置于所述箱体内,所述风扇过滤装置设置于所述风机的出风口。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,所述风扇过滤装置为过滤网。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,所述过滤网的材料为低化学气体散播组合材料。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,还包括电机过载保护器,所述电机过载保护器与所述风机连接,当所述风机的电机过载时,所述电机过载保护器使得所述风机停止工作。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,还包括故障指示装置,所述故障指示装置与所述电机过载保护器连接,当所述电机过载保护器使得所述风机停止工作时,所述故障指示装置状态改变。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,还包括温度传感器,所述温度传感器置于所述箱体内。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,还包括制冷装置,所述制冷装置置于所述箱体内。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,还包括超温保护器,所述超温保护器与所述加热装置连接,当所述箱体内的温度超过预设值时,所述超温保护器使得所述加热装置停止工作。
可选的,在所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱中,还包括故障指示装置,所述故障指示装置与所述超温保护器连接,当所述超温保护器使得所述加热装置停止工作时,所述故障指示装置状态改变。
本发明还提供一种干涉仪热漂移系数的测量系统,包括:如上任一项所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱、激光器、激光接收器和激光计数卡,所述激光计数卡与所述激光接收器连接,所述激光器发射激光,所述激光穿过所述视窗和干涉仪,然后经过所述测量反射镜反射,再次穿过所述干涉仪和视窗至所述激光接收器,通过所述激光计数卡进行数据处理得到一测量值。
可选的,在所述的干涉仪热漂移系数的测量系统中,还包括导光元件,在所述激光穿过所述视窗和干涉仪前,所述激光先通过所述导光元件。
本发明还提供一种干涉仪热漂移系数的测量方法,包括:提供如上所述的干涉仪热漂移系数的测量系统;设定温控箱温度为第一温度Tn;激光器发射激光;所述测量系统得到第一测量值Dn;设定温控箱温度为第二温度Tn+1;所述测量系统得到第二测量值Dn+1;通过下述公式计算干涉仪热漂移系数η:
其中,n为自然数,En+1、En为测量系统的固有误差。
可选的,在所述的干涉仪热漂移系数的测量方法中,所述第二温度Tn+1比所述第一温度Tn高5℃~10℃。
本发明还提供一种干涉仪热漂移系数的测量方法,包括:提供如上所述的干涉仪热漂移系数的测量系统;激光器发射激光;设定温控箱温度为第一温度Tn;所述测量系统得到第一测量值Dn;设定温控箱温度为第二温度Tn+1;所述测量系统得到第二测量值Dn+1;通过下述公式计算干涉仪热漂移系数η:
其中,n为自然数,En+1、En为测量系统的固有误差。
通过本发明提供的一种用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱、干涉仪热漂移系数的测量系统和干涉仪热漂移系数的测量方法,当需要测量干涉仪热漂移系数时,可将待测干涉仪置于所述温控箱中,具体的,所述干涉仪置于微晶玻璃的靠近视窗的一端,测量反射镜置于所述微晶玻璃上并且与所述干涉仪出光面贴合;接着,激光器发射激光;然后,改变温控箱内的温度,具体的,设定温控箱温度为第一温度Tn;所述测量系统得到第一测量值Dn;设定温控箱温度为第二温度Tn+1;所述测量系统得到第二测量值Dn+1;最后,通过公式:
便能精确、方便地得到干涉仪热漂移系数η。
附图说明
图1是本发明实施例一的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱的示意图;
图2是本发明实施例二的干涉仪热漂移系数的测量系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提供的一种用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱、干涉仪热漂移系数的测量系统和干涉仪热漂移系数的测量方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于,提供一种用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,干涉仪热漂移系数的测量系统和干涉仪热漂移系数的测量方法,当需要测量干涉仪热漂移系数时,可将待测干涉仪置于所述温控箱中,具体的,所述干涉仪置于微晶玻璃的靠近视窗的一端,测量反射镜置于所述微晶玻璃上并且与所述干涉仪出光面贴合;接着,激光器发射激光;然后,改变温控箱内的温度,具体的,设定温控箱温度为第一温度Tn;所述测量系统得到第一测量值Dn;设定温控箱温度为第二温度Tn+1;所述测量系统得到第二测量值Dn+1;最后,通过公式:
便能精确、方便地得到干涉仪热漂移系数η。
实施例一
请参考图1,其为本发明实施例一的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱的示意图。如图1所示,一种用于测量干涉仪2热漂移系数的温控箱1,包括:箱体10、加热装置11、用于承载干涉仪2的微晶玻璃12和测量反射镜13,所述箱体10上设置有视窗14,所述加热装置11、微晶玻璃12和测量反射镜13置于所述箱体10内,所述微晶玻璃12靠近所述视窗14,所述干涉仪2置于所述微晶玻璃12的靠近所述视窗14的一端,所述测量反射镜13置于所述微晶玻璃12上并且与所述干涉仪2出光面贴合。
通过提供所述用于测量干涉仪2热漂移系数的温控箱1,当需要测量干涉仪2热漂移系数时,可将待测干涉仪2置于所述温控箱1中,通过改变所述温控箱1内的温度,为测试所述干涉仪2热漂移系数提供条件,然后,通过本发明提供的干涉仪热漂移系数的测量系统和干涉仪热漂移系数的测量方法,最终,精确、方便地得到干涉仪热漂移系数η。
在本实施例中,通过加热装置11达到改变温控箱1内的温度的目的,从而为测试所述干涉仪2热漂移系数提供条件。此外,由于干涉仪2的热漂移是一个纳米级别的量,因此,干涉仪2热漂移系数的测量需要非常严苛的条件,以达到测量精准的目的。因此,在本实施例中,所述干涉仪2置于所述微晶玻璃12的靠近所述视窗14的一端,所述测量反射镜13置于所述微晶玻璃12上并且与所述干涉仪2出光面贴合。通过将所述干涉仪2置于所述微晶玻璃,一种热膨胀系数非常小的材质上,达到减小测量误差,提高测量精度的目的。通过所述测量反射镜13与所述干涉仪2出光面贴合,可使得外部测量光束的死程误差,即外部测量光束所走的不必要路径所引起的误差最小。通过本实施例提供的温控箱1,可使得干涉仪2热漂移系数得到精确的测量。
进一步的,所述视窗14的材料为光学玻璃,所述光学玻璃的双面经过抛光,并且镀有增透膜,由此,可增加视窗14的透光率,减小外部测量光束的损耗,从而进一步提高干涉仪2热漂移系数的测量精度。在本实施例中,所述光学玻璃的面型为八分之一波长,由于测量干涉仪2热漂移系数的外部测量光束通常为激光,为了与所述外部测量光束匹配,所述光学玻璃的面型优选为八分之一波长,从而达到更高的测量精度。当然,上述条件只是作为一种优选的条件,在对干涉仪2热漂移系数的测量精度并没有要求很高的情况下,也可不满足。
在本实施例中,所述微晶玻璃12的热膨胀系数小于等于0.02×10-6/℃。所述箱体10的长度为25cm~40cm、宽度为25cm~40cm、高度为25cm~40cm。当然,所述箱体10的长度、宽度和高度可以更大或者更小,但考虑到所述箱体10在容置加热装置11、微晶玻璃12、测量反射镜13和干涉仪2等的情况下,体积应尽可能的小一些,从而,当所述加热装置11改变所述温控箱1内的温度时,可使得箱体10内各处的温度均匀,则上述箱体10的长度、宽度和高度将是一个比较优的选择。
请继续参考图1,所述温控箱1还包括风机15,所述风机15置于所述箱体10内。通过设置所述风机15,可使得所述箱体10内各处的温度尽快相同,从而减小测量时间,提高测量效率。此外,也可进一步提高箱体10内各处的温度均匀度,从而提高干涉仪2热漂移系数的测量精度。
进一步的,所述温控箱1还包括风机出风窗体16,所述风机出风窗体16置于所述箱体10内,并且所述风机出风窗体16设置于所述风机15的出风口。通过设置所述风机出风窗体16可使得风机15所吹出的风更加均匀和稳定,从而提高整体温控箱1的稳定度,进一步的,提高干涉仪2热漂移系数的测量精度。
进一步的,所述温控箱1还包括风扇过滤装置17,所述风扇过滤装置17置于所述箱体10内,所述风扇过滤装置17设置于所述风机15的出风口。通过设置所述风扇过滤装置17,可起到过滤一些杂质的作用,特别是从风机15中吹出的杂质,从而提高温控箱1的可靠性。在本实施例中,所述风扇过滤装置17为过滤网,所述过滤网的材料为低化学气体散播组合材料。
在本实施例中,所述温控箱1还包括电机过载保护器(图1中未示出),所述电机过载保护器与所述风机15连接,当所述风机15的电机过载时,所述电机过载保护器使得所述风机15停止工作,从而保护了所述风机15,提高了所述温控箱1的可靠性。
进一步的,还包括故障指示装置(图1中未示出),所述故障指示装置与所述电机过载保护器连接,当所述电机过载保护器使得所述风机15停止工作时,所述故障指示装置状态改变,从而提醒工作人员有故障的产生,进一步的提高了温控箱1的可靠性。具体的,所述故障指示装置可以是一个LED灯等发光装置或者蜂鸣器等发声装置,当所述电机过载保护器使得所述风机15停止工作时,所述LED灯可以由熄灭状态变成点亮状态,或者相反;所述蜂鸣器可以由静止状态变成呼叫状态。
进一步的,所述温控箱1还包括温度传感器18,所述温度传感器18置于所述箱体10内,具体的,可以置于所述干涉仪2的上方,以精确测量所述干涉仪2的温度,使得所述加热装置11对所述温控箱1内的温度改变,特别是对所述干涉仪2表面的温度改变,精确达到预设值,从而提高对干涉仪2热漂移系数的测量。进一步的,所述温度传感器18的数量可以为一个或者数个。
请继续参考图1,在本实施例中,所述温控箱1还包括制冷装置19,所述制冷装置19置于所述箱体10内。通过增加制冷装置19,可进一步提高所述温控箱1内温度改变的精度,从而提高干涉仪2热漂移系数的测量精度。
进一步的,所述温控箱1还包括超温保护器(图1中未示出),所述超温保护器与所述加热装置11连接,当所述箱体10内的温度超过预设值时,所述超温保护器使得所述加热装置11停止工作。在本实施例中,所述温控箱1还包括故障指示装置(图1中未示出),所述故障指示装置与所述超温保护器连接,当所述超温保护器使得所述加热装置11停止工作时,所述故障指示装置状态改变。通过所述超温保护器和所述故障指示装置,进一步提高了所述温控箱1的可靠性。
实施例二
请参考图2,其为本发明实施例二的干涉仪热漂移系数的测量系统的示意图。如图2所示,干涉仪热漂移系数的测量系统包括:温控箱1、激光器3、激光接收器4和激光计数卡5,所述激光计数卡5与所述激光接收器4连接,所述激光器3发射激光,所述激光穿过所述视窗14和干涉仪2,然后经过所述测量反射镜反射13,再次穿过所述干涉仪2和视窗14至所述激光接收器4,通过所述激光计数卡5进行数据处理得到一测量值。
通过本实施例提供的干涉仪热漂移系数的测量系统,当需要测量干涉仪2热漂移系数时,可将待测干涉仪2置于所述温控箱1中,具体的,所述干涉仪2置于微晶玻璃12的靠近视窗14的一端,测量反射镜置13于所述微晶玻璃12上并且与所述干涉仪2出光面贴合;接着,激光器3发射激光;然后,改变温控箱1内的温度,具体的,设定温控箱1温度为第一温度Tn;所述测量系统得到第一测量值Dn;设定温控箱温度为第二温度Tn+1;所述测量系统得到第二测量值Dn+1;通过下述公式计算干涉仪热漂移系数η:
其中,n为自然数,En+1、En为测量系统的固有误差。在本实施例中,所述测量系统的固有误差En+1、En取5nm~10nm。所述测量系统的固有误差En+1、En主要与测量系统中干涉仪的仪器误差、几何误差和环境误差有关,在本发明的其它实施例中,也可根据该几项误差对所述测量系统的固有误差En+1、En取其它值。
在本实施例中,所述第一温度Tn的初始值,即T1可取一室温值,如20℃、25℃或者两者之间的、或者略小于20℃、或者略大于25℃的一温度值。所述第二温度的初始值,即T2可取一较T1高5℃~10℃的值,通过第二温度Tn+1比第一温度Tn高5℃~10℃,可提高干涉仪热漂移系数的测量精度,防止第二温度Tn+1与第一温度Tn之间的温度值太过接近,从而使得误差值所占的比重过大,从而影响测量的精确度。
进一步的,所述干涉仪热漂移系数的测量系统还包括导光元件6,所述激光器3发射激光,在所述激光穿过所述视窗14和干涉仪2前,所述激光先通过所述导光元件6。通过增加所述导光元件6,可使得激光器3发射的激光具有更好的方向性,从而提高干涉仪2热漂移系数的精确测量。
在本发明的其它实施例中,所述激光器3也可以在所述温控箱设定温度为第一温度Tn后再发射激光,所述温控箱1的温度从第一温度变为第二温度之间,所述激光器3也可以暂时的关闭,本发明对比并不做限制。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。
Claims (23)
1.一种用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,包括:箱体、加热装置、用于承载干涉仪的微晶玻璃和测量反射镜,所述箱体上设置有视窗,所述加热装置、微晶玻璃和测量反射镜置于所述箱体内,所述微晶玻璃靠近所述视窗,所述干涉仪置于所述微晶玻璃的靠近所述视窗的一端,所述测量反射镜置于所述微晶玻璃上并且与所述干涉仪出光面贴合。
2.如权利要求1所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,所述视窗的材料为光学玻璃。
3.如权利要求2所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,所述光学玻璃的双面经过抛光。
4.如权利要求2所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,所述光学玻璃的双面镀有增透膜。
5.如权利要求2所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,所述光学玻璃的面型为八分之一波长。
6.如权利要求1所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,所述微晶玻璃的热膨胀系数小于等于0.02×10-6/℃。
7.如权利要求1所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,所述箱体的长度为25cm~40cm、宽度为25cm~40cm、高度为25cm~40cm。
8.如权利要求1所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,还包括风机,所述风机置于所述箱体内。
9.如权利要求8所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,还包括风机出风窗体,所述风机出风窗体置于所述箱体内,并且所述风机出风窗体设置于所述风机的出风口。
10.如权利要求8所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,还包括风扇过滤装置,所述风扇过滤装置置于所述箱体内,所述风扇过滤装置设置于所述风机的出风口。
11.如权利要求10所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,所述风扇过滤装置为过滤网。
12.如权利要求11所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,所述过滤网的材料为低化学气体散播组合材料。
13.如权利要求8所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控器,其特征在于,还包括电机过载保护器,所述电机过载保护器与所述风机连接,当所述风机的电机过载时,所述电机过载保护器使得所述风机停止工作。
14.如权利要求13所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控器,其特征在于,还包括故障指示装置,所述故障指示装置与所述电机过载保护器连接,当所述电机过载保护器使得所述风机停止工作时,所述故障指示装置状态改变。
15.如权利要求1所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,还包括温度传感器,所述温度传感器置于所述箱体内。
16.如权利要求1所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,还包括制冷装置,所述制冷装置置于所述箱体内。
17.如权利要求1所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,还包括超温保护器,所述超温保护器与所述加热装置连接,当所述箱体内的温度超过预设值时,所述超温保护器使得所述加热装置停止工作。
18.如权利要求17所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱,其特征在于,还包括故障指示装置,所述故障指示装置与所述超温保护器连接,当所述超温保护器使得所述加热装置停止工作时,所述故障指示装置状态改变。
19.一种干涉仪热漂移系数的测量系统,其特征在于,包括:如权利要求1至18中的任一项所述的用于测量干涉仪热漂移系数的温控箱、激光器、激光接收器和激光计数卡,所述激光计数卡与所述激光接收器连接,所述激光器发射激光,所述激光穿过所述视窗和干涉仪,然后经过所述测量反射镜反射,再次穿过所述干涉仪和视窗至所述激光接收器,通过所述激光计数卡进行数据处理得到一测量值。
20.如权利要求19所述的干涉仪热漂移系数的测量系统,其特征在于,还包括导光元件,在所述激光穿过所述视窗和干涉仪前,所述激光先通过所述导光元件。
22.如权利要求21所述的干涉仪热漂移系数的测量方法,其特征在于,所述第二温度Tn+1比所述第一温度Tn高5℃~10℃。
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