CN112857206A - 激光干涉仪及其光学系统、检测方法以及弯沉检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一激光干涉仪及其光学系统、检测方法以及弯沉检测设备，其中所述光学系统包括一分光组件，一光收发装置以及一光干涉组件。所述激光干涉仪包括一激光器、一光学系统、一探测器以及一壳体，其中所述激光器发射一激光，其中所述光学系统基于所述激光器发射的激光干涉得到一干涉光，其中所述探测器被接入至所述光学系统，由所述探测器基于所述干涉光束得到被测物体的探测数据信息，其中所述激光器、所述光学系统以及所述探测器被固定地设置于所述壳体。

Description

激光干涉仪及其光学系统、检测方法以及弯沉检测设备

技术领域

本发明涉及激光检测领域，尤其涉及一激光干涉仪及其光学系统、检测方法以及弯沉检测设备。

背景技术

几何精度检测可用于检测直线度、垂直度、俯仰与偏摆、平面度、平行度等。弯沉值是指在标准轴载作用下，路基或路面表面轮隙位置产生的总垂直变形(总弯沉)，或垂直回弹变形值(回弹弯沉)，公路弯沉值的大小是检测公路检验路基/路面的施工是否达到设计强度要求。

现有技术的公路弯沉检测多采用落锤式弯沉仪或比贝克曼梁弯沉仪，落锤式弯沉仪相比贝克曼梁弯沉仪的检测精度高、体积小，但是落锤式弯沉仪和贝克曼梁弯沉仪一样，都需要定点测试，灵活性低。现有技术的公路弯沉检测需要停车在静止的状态下测试，而且必要情况下需要封闭交通，避免车辆的振动对检测设备的干扰，以便获取准确的检测数据。这无疑对交通造成干扰大，检测设备和测试人员安全性差，而且测试效率也低。落锤式弯沉仪测试过程中必须反复停车起步，对驾驶员的操作技术以及身体素质要求高。此外，落锤式弯沉仪主传感器必须连接电缆，落锤式弯沉仪测定受测试车与人为因素影响较大，且测试速度很慢，工作量大，检测效率低，无法满足大面积快速检测。现有技术的弯沉检测仪器在执行检测任务时都只能在静止状态下定点检测弯沉值，难以检测公路弯沉速度等数据信息，难以满足路面管理系统(PMS)的数据采集。

激光测速仪或位移传感器等测量设备虽然能实现快速测量，但由于弯沉值数值较小，公路弯沉的测量值的精度要求在0.01mm，因此激光测速仪或位移传感器等检测误差太大，精度达不到要求。另外，现有技术的检测设备在检测过程中，都只能够在静止状态下检测，在检测设备振动时无法排除振动干扰的噪声信息，即现有的公路弯沉检测设备的检测容易受到振动干扰，检测数据的精度较低。干涉检测法可被应用在几何精度检测中，属于非接触测量，具有高精度，高灵敏度的特点。激光干涉仪在高精度检测中广泛被应用，其检测原理是激光被分为两束，一束光作为参考光，另一束带有被测物体振动信息的光束作为测量光，两光束干涉时由于光程不同，产生干涉条纹。

在连续检测过程中影响检测结果和影像检测精度的主要干扰因素是测量设备的抖动或者安装测量设备的振动。公路弯沉的检测设备通常被安装在特定载荷的检测车辆，其中车辆自身的振动引起检测设备的抖动，从而影响检测设备的检测精度。

发明内容

本发明的一个主要优势在于提供一激光干涉仪及其光学系统、检测方法以及弯沉检测设备，其中所述激光干涉仪快速、精确地检测被测物弯沉数据。

本发明的另一个优势在于提供一激光干涉仪及其光学系统、检测方法以及弯沉检测设备，其中所述激光干涉仪可在移动过程中检测被测物弯沉值，有利于提高所述激光干涉仪的检测速度和检测效率。

本发明的另一个优势在于提供一激光干涉仪及其光学系统、检测方法以及弯沉检测设备，其中所述激光干涉仪可动态连续地检测被测物弯沉值，并根据检测到连续的弯沉值得到被测物弯沉速度，有利于路面管理系统的数据采集。所述弯沉检测设备在被测物弯沉检测过程中无需停车检测，从而简化弯沉检测的操作技术，提高了检测速度。

本发明的另一个优势在于提供一激光干涉仪及其光学系统、检测方法以及弯沉检测设备，其中所述激光干涉仪的所述光学系统包括检测光路和内部的参考光路，通过所述检测光路和所述参考光路的差动去除抖动或振动的噪声信息，有利于提高所述激光干涉仪的测量精度。

本发明的另一个优势在于提供一激光干涉仪及其光学系统、检测方法以及弯沉检测设备，其中所述弯沉检测设备在检测过程中无需停车封路，大大提高了人与设备的安全性。

本发明的另一个优势在于提供一激光干涉仪及其光学系统、检测方法以及弯沉检测设备，其中所述激光干涉仪的所述光学系统调整参考光路的光线频率，以判断振动方向，即通过频率的正负得到运动方向，有利于准确地测量弯沉值数据。

本发明的另一个优势在于提供一激光干涉仪及其光学系统、检测方法以及弯沉检测设备，其中所述激光干涉仪的所述光学系统使用空间光和光纤组合，有利于减小仪器的体积和重量，和降低光路调试过程的难度。

本发明的另一个优势在于提供一激光干涉仪及其光学系统、检测方法以及弯沉检测设备，其中所述弯沉检测设备由多个所述激光干涉仪共同检测弯沉数据，根据各所述激光干涉仪检测到的数据信息去除被测物干扰噪声数据，有利于提高弯沉检测数据的准确性。

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的一光学系统，适于一激光干涉仪，其包括一激光器，包括：

一分光组件，其中所述分光组件包括一第一分光单元，一第二分光单元以及一第三分光单元，所述第一分光单元适于将所述激光器发射的一激光光束分束为一检测光路和一参考光路，其中所述第二分光单元将所述检测光路的光束分束为一测量检测光路和一振动检测光路，其中所述第三分光单元将所述参考光路的光束分束为一测量参考光路和一振动参考光路；

一光收发装置，其中所述光收发装置被设置于所述测量检测光路，由所述光收发装置发射所述测量检测光路的光线和接收所述测量检测光路光线的反射光线；以及

一光干涉组件，其中所述光干涉组件包括一第一干涉单元、一第二干涉单元以及一第三干涉单元，其中所述测量检测光路的反射光线和所述检测参考光路的光束被汇集至所述第一干涉单元，以形成一检测干涉光束，其中所述振动检测光路的光束和所述振动参考光路的光束被汇集至所述第二干涉单元，以形成振动干涉光束，其中所述检测干涉光束和所述振动干涉光束被汇集至所述第三干涉单元，以抵消所述检测干涉光路中相同的振动信号。

根据本发明的一个实施例，所述第一分光单元、所述第二分光单元以及所述第三分光单元为分束镜。

根据本发明的一个实施例，进一步包括一第一偏振光学元件和一第二偏振光学元件，其中所述第一偏振光学元件被设置于所述第一分光单元和所述第二分光单元之间，所述第一偏振光学元件调整入射至所述第二分光单元的光线的偏振方向，其中所述第二偏振光学元件被设置于所述第一分光单元和所述第三分光单元之间，所述第二偏振光学元件调整入射至所述第三分光单元的光线偏振方向。

根据本发明的一个实施例，进一步包括一第一偏振光学元件和一调制器，其中所述第一偏振光学元件被设置于所述第一分光单元和所述第二分光单元之间，所述第一偏振光学元件调整入射至所述第二分光单元的光线的偏振方向，其中所述调制器被设置于所述第一分光单元和所述第三分光单元之间，所述调制器调整出射的所述检测参考光路的频率和偏振方向。

根据本发明的一个实施例，进一步包括一第三偏振光学元件，其中所述第三偏振光学元件被设置于所述第三分光单元，借以所述第三偏振光学元件调整所述检测参考光路的光束的偏振方向，使得进入到所述第一干涉单元的所述检测参考光路的光束和所述测量检测光路的反射光线的偏振方向一致。

根据本发明的一个实施例，所述第一偏振光学元件、所述第二偏振光学元件以及第三偏振光学元件为λ/2波片。

根据本发明的一个实施例，所述第一干涉单元包括一第一光耦合元件、一第二光耦合元件以及一第一光合束元件，其中所述第一光耦合元件被耦接至所述光收发装置，所述第二光耦合元件被耦接至所述第三偏振光学元件，所述第一光耦合元件将所述测量检测光路的光线传输至所述第一光合束元件，其中所述检测参考光路的光线被所述第二光耦合元件传输至所述第一光合束元件。

根据本发明的一个实施例，所述第二干涉单元包括一第三光耦合元件、一第四光耦合元件以及一第二光合束元件，其中所述第三光耦合元件被耦接至所述第二分光单元，所述第三光耦合元件将所述振动检测光路的光线传输至所述第二光合束元件，所述第四光耦合元件被耦接至所述第三分光单元，其中所述振动参考光路的光线被所述第四光耦合元件传输至所述第二光合束元件。

根据本发明的一个实施例，所述第三干涉单元包括一第三光合束元件，所述第一光合束元件和所述第二光合束元件以及所述第三光合束元件为2x1保偏光纤合束器。

根据本发明的一个实施例，所述第一光耦合元件、所述第二光耦合元件、所述第三光耦合元件以及所述第四光耦合元件为光纤耦合器，供所述光纤耦合器将空间光转换为光纤传输。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一种光学系统，用于一激光干涉仪，其包括一激光器，包括：

分光组件，所述分光组件包括第一分光单元、第二分光单元和第三分光单元，所述第一分光单元被配置为将该激光器投射的光束分成检测光和参考光；所述检测光在所述光学系统内所经过的光路设定为检测光路，所述参考光在所述光学系统内经过的光路设定为参考光路，所述第二分光单元被设置于所述检测光路，被配置为将所述检测光分束为测量检测光和振动检测光，所述第三分光单元被设置于所述参考光路，被配置为将所述参考光分束为测量参考光和振动参考光；

光收发装置，被配置为出射所述测量检测光至被测目标和接收所述测量检测光的反射光；以及

干涉组件，所述干涉组件包括第一干涉单元、一第二干涉单元以及第三干涉单元，其中，所述第一干涉单元，被配置为汇集所述测量检测光的反射光和测量参考光，以使得所述测量检测光的反射光和测量参考光在所述第一干涉单元处发生干涉，以形成检测干涉光；所述第二干涉单元，被配置为汇集所述振动检测光和所述振动参考光，以使得所述振动检测光和所述振动参考光在所述第二干涉单元处发生干涉，以形成振动干涉光；所述第三干涉单元，被配置为汇集所述检测干涉光和所述震动参考光，以使得所述检测干涉光和所述震动参考光在所述第三干涉单元处发生干涉，从而所述检测干涉光中所述振动干涉光具有同频率的波段被抵消。

根据本发明的一实施例，其中所述第一分光单元、所述第二分光单元以及所述第三分光单元为分束镜。

根据本发明的一实施例，进一步包括一第一偏振光学元件和一第二偏振光学元件，其中所述第一偏振光学元件被设置于所述第一分光单元和所述第二分光单元之间，并被配置为调整所述检测光的偏振方向，其中所述第二偏振光学元件被设置于所述第一分光单元和所述第三分光单元之间，并被配置为调整所述参考光的偏振方向。

根据本发明的一实施例，进一步包括一第一偏振光学元件和一调制器，其中所述第一偏振光学元件被设置于所述第一分光单元和所述第二分光单元之间，所述第一偏振光学元件调整入射至所述第二分光单元的光线的偏振方向，其中所述调制器被设置于所述第一分光单元和所述第三分光单元之间，所述调制器调整出射的所述测量参考光的频率和偏振方向。

根据本发明的一实施例，进一步包括一第三偏振光学元件，其中所述第三偏振光学元件被设置于所述第三分光单元，借以所述第三偏振光学元件调整所述测量参考光的偏振方向，使得进入到所述第一干涉单元的所述测量参考光和所述测量检测光的反射光线的偏振方向一致。

根据本发明的一实施例，所述第一偏振光学元件、所述第二偏振光学元件以及第三偏振光学元件为λ/2波片。

根据本发明的一实施例，所述第一干涉单元包括一第一光耦合元件、一第二光耦合元件以及一第一光合束元件，其中所述第一光耦合元件被耦接至所述光收发装置，所述第二光耦合元件被耦接至所述第三偏振光学元件，所述第一光耦合元件将所述测量检测光传输至所述第一光合束元件，其中所述测量参考光被所述第二光耦合元件传输至所述第一光合束元件。

根据本发明的一实施例，所述第二干涉单元包括一第三光耦合元件、一第四光耦合元件以及一第二光合束元件，其中所述第三光耦合元件被耦接至所述第二分光单元，所述第三光耦合元件传输所述测量检测光至所述第二光合束元件，所述第四光耦合元件被耦接至所述第三分光单元，其中所述振动参考光被所述第四光耦合元件传输至所述第二光合束元件。

根据本发明的一实施例，所述第三干涉单元包括一第三光合束元件，所述第一光合束元件和所述第二光合束元件以及所述第三光合束元件为2x1保偏光纤合束器。

根据本发明的一实施例，所述第一光耦合元件、所述第二光耦合元件、所述第三光耦合元件以及所述第四光耦合元件为光纤耦合器。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一激光干涉仪，包括：

一激光器，其中所述激光器发射一激光；

如上任一所述的光学系统，其中所述光学系统基于所述激光器发射的激光干涉得到一干涉光；

一探测器，其中所述探测器被接入至所述光学系统，由所述探测器基于所述干涉光束得到被测物体的探测数据信息；以及

一壳体，其中所述激光器、所述光学系统以及所述探测器被固定地设置于所述壳体。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一弯沉检测设备，适于搭载至一荷载装置，其中所述荷载装置包括一参考端和一轴载端，包括：

如上所述的至少二激光干涉仪，至少一所述激光干涉仪被设置于所述荷载装置的所述参考端，以检测被测物的一零点参考数据，至少一所述激光干涉仪被设置于所述荷载装置的所述轴载端，以检测被测物的一测量数据；和

至少一计算设备，其中所述计算设备被通信地连接于所述至少二激光干涉仪，所述计算设备基于所述激光干涉仪检测得到的所述零点参考数据和所述测量数据得到被测物体的弯沉数据信息。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一激光干涉仪的检测方法，其中所述检测方法包括如下步骤：

(a)分束一激光为一检测光路和一参考光路；分束所述检测光路的激光为一测量检测光和一测量检测光，借以所述测量检测光的光线照射被测物体，以形成一反射光；分束所述参考光路为一测量参考光和一振动参考光；

(b)汇集所述测量检测光的反射光线和所述测量参考光的光线以形成一检测干涉光束；汇集所述测量检测光的光线和所述振动参考光的光线以形成振动干涉光束；汇集所述检测干涉光束和所述振动干涉光束，以抵消所述检测干涉光路中相同的振动信号；以及

(c)光电转换所述干涉组件得到的所述干涉光为对应的电信号，和解调所述电信号，以获取所述被测物体的检测数据信息。

根据本发明的一实施例，在上述检测方法的所述步骤(a)，进一步包括：以一远小于激光频率的改变量调整所述参考光路出射得到的所述测量参考光中光束的频率，以根据所述电信号的波动特征判断所述激光干涉仪与所述被测物体之间的距离的震动特性。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明的第一较佳实施例的一激光干涉仪的系统框架示意图。

图2是根据本发明上述较佳实施例的所述激光干涉仪的一光学系统结构示意图。

图3是根据本发明的第二较佳实施例的一激光干涉仪的系统框架示意图。

图4是根据本发明上述较佳实施例的所述激光干涉仪的一光学系统的结构示意图。

图5是根据本发明上述较佳实施例的一弯沉检测设备的安装示意图。

图6是根据本发明上述较佳实施例的所述弯沉检测设备检测公路弯沉的场景示意图。

图7是根据本发明上述较佳实施例的所述激光干涉仪检测方法步骤示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参照本发明说明书附图之图1和图2所示，依照本发明第一较佳实施例的一激光干涉仪100在接下来的描述中被阐明。所述激光干涉仪100包括一激光器10、一光学系统20、一探测器30以及一壳体40，其中所述激光器10发射至少一激光光束至所述光学系统20，所述光学系统20根据所述激光光束形成一检测光路101和一参考光路102。所述光学系统20将所述检测光路101的光线向外投射至外界环境，当检测光路101的光线照射到一被测物体时，由所述被测物体反射所述检测光路101，其中反射的所述探测光束101带有被测物体的振动信息。所述光学系统20汇集所述参考光路102的光线和所述检测光路101的反射光线，并且所述参考光路102的光线和所述检测光路101的反射光线由于光程不同，在所述光学系统20发生干涉而得到一干涉光束。

所述光学系统20将所述干涉光束输出至所述探测器30，由所述探测器30将所述干涉光束的光信号转换成可识别与处理的电信号。所述探测器30解调和处理所述探测器30得到的所述电信号，以得到所述被测物体的探测距离信息。

所述激光干涉仪100的所述激光器10、所述光学系统20、以及所述探测器30被固定地设置于所述壳体40，由所述壳体40保持所述激光干涉仪100的各元器件位置固定。

所述激光干涉仪100的所述光学系统20包括一分光组件21、一光收发装置22以及一光干涉组件23，其中所述激光器10将产生的探测激光光束照射至所述分光组件21。所述分光单元21根据所述探测激光光束形成两路光束，即所述检测光路101和所述参考光路102，其中所述分光组件21传输所述检测光路101至所述光收发装置22，藉由所述光收发装置22向外发射所述探测光束至所述被测物体，和接收所述被测物体反射回的激光光束。所述参考光路102的光线和所述检测光路101反射的激光光束被汇集至所述光干涉组件23。由于所述参考光路102的光线和所述检测光路101反射的激光光线的光程不同，而在所述光干涉组件23内发生光干涉，形成所述干涉光束。

所述光干涉组件23被可导通地连接至所述探测器30，由所述光干组件23将干涉形成的所述干涉光束输出至所述探测器30，借以所述探测器30将所述干涉光束转换为可识别的电信号数据信息，以便所述探测器30得到所述被探测物的探测距离。

值得一提的是，所述激光干涉仪100可持续地对被测物发射所述探测激光光束，并根据所述被测物的反射光束得到所述被测物的探测距离信息。所述激光干涉仪100在探测过程中，能够消除振动或抖动在成的测量误差。

详细地讲，所述分光组件21包括一第一分光单元211、一第二分光单元212以及一第三分光单元213，其中所述第一分光单元将所述激光器10产生的探测激光基于所述检测光路101和所述参考光路102分成两激光光束。所述检测光路101的光束被传输至所述第二分光单元212，由所述第二分光单元212基于所述检测激光光束形成一测量检测光路103和一振动检测光路104，其中所述测量检测光路103的激光光束被传输至所述光收发装置22，所述振动测量光路104的光线被汇集至所述光干涉组件23。所述光收发装置22将所述测量检测光路103的光线向外投射至所述被检测物，和接收并汇集所述被检测物反射的所述检测光线至所述光干涉组件23。

所述第一分光单元211将所述参考光路102的激光光束传输至所述第三分光单元213，其中所述第三分光单元213基于所述检测光路102的激光光束，形成一检测参考光路105和一振动参考光路106，其中所述检测参考光路105和所述振动参考光路106被汇集至所述光干涉组件23。值得一提的是，所述第二分光单元212形成的所述测量检测光路103的光线光程与所述第三分光单元213形成的所述检测参考光路105的光线光程不同，所述测量检测光路103的光线和所述检测参考光路105的光线被汇集至所述光干涉组件23，并在所述光干涉组件23干涉形成一检测干涉光束。所述第二分光单元212形成的所述振动检测光路104的光线光程与所述第三分光单元213形成的所述振动参考光路106的光线光程不同，所述振动检测光路104的光线和所述振动参考光路106的光线被汇集至所述光干涉组件23，并在所述光干涉组件23干涉形成一振动干涉光束。

所述光干涉组件23进一步包括一第一干涉单元231、一第二干涉单元232、以及一第三干涉单元233，其中所述检测参考光路105的光线和所述测量检测光路103的光线被汇集至所述第一干涉单元231，并且所述检测参考光路105的光线和所述测量检测光路103的光线在所述第一干涉单元231干涉形成所述检测干涉光束。所述振动参考光路106的光线和所述振动检测光路104的光线被汇集至所述第二干涉单元232，并且在所述第二干涉单元232形成所述振动干涉光束。所述检测干涉光束和所述振动干涉光束被汇集至所述第三干涉单元233，并且所述检测干涉光束和所述振动干涉光束在所述第三干涉单元233干涉形成所述干涉光束数据。

所述检测干涉光束和所述振动干涉光束被汇集所述第三干涉单元233，由所述第三干涉单元233将所述干涉光束输出至所述探测器30，借以所述探测器30基于第三干涉单元233输出的所述干涉光束得到所述被探测物的探测距离的光电数据信息。

值得一提的是，当所述激光干涉仪100在振动或抖动的情况下检测所述被测物体时，所述第一干涉单元231形成的所述检测干涉光束对应于所述被检测物的检测距离信息和所述激光干涉仪100的振动数据信息的叠加数据；所述第二干涉单元232形成的所述振动干涉光束对应于所述激光干涉仪100振动的数据信息。因此，所述第三干涉单元233得到的所述干涉光束由所述检测干涉光束抵消与所述振动干涉光束相同频率的光束，即所述第二干涉单元232形成的所述振动干涉光束在所述第三干涉单元233中被所述第一干涉单元231形成的所述检测干涉光束抵消。

如图2所示，所述分光组件21的所述第一分光单元211、所述第二分光单元212以及所述第三分光单元213为1x2分光装置。优选地，在本发明的该优选实施例中，所述第一分光单元211、所述第二分光单元212以及所述第三分光单元213为分束镜元件或分光镜元件，其中所述分光镜元件或分束镜元件可基于任意功率比将入射光分为两束激光。

作为示例地，所述第一分光单元211反射所述探测激光形成一反射光(S光)至所述参考光路102，所述第一分光单元211透射所述探测激光形成一透射光(P光)至所述检测光路101。本领域技术人员可以理解的是，本发明的所述分光组件21的所述第一分光单元211、所述第二分光单元212以及所述第三分光单元213还可被实施为其他类型的分光单元装置，比如光纤1分2分束器。

相应地，所述光学系统20进一步包括一第一偏振光学元件24、一第二偏振光学元件25，其中所述第一偏振光学元件24被设置于所述第一分光单元211和所述第二分光单元212之间，所述第二偏振光学元件25被设置于所述第一分光单元211和所述第三分光单元213之间。所述第一偏振光学元件24调整所述检测光路101入射至所述第二分光单元212的光线的偏振方向，所述第二偏振光学元件25调整所述参考光路102入射至所述第三分光单元213的光线的偏振方向。

所述第二分光单元212反射所述检测光路101的反射光(S光)至所述振动检测光路104，所述第二分光单元212透射所述检测光路101的所述透射光(P光)至所述测量检测光路103。所述第三分光单元213反射所述参考光路102的反射光(S光)至所述振动参考光路106，所述第三分光单元213透射所述参考光路102的所述透射光(P光)至所述检测参考光路105。

优选地，所述光收发装置22为一分束镜或分光镜，其中所述光收发装置22透射所述测量检测光路103的所述透射光(P)，并将所述透射光(P)照射至所述被测物体。所述光收发装置22反射所述被测物体的反射光束(S光)至所述第一干涉单元231。

如图2所示，所述光学系统20进一步包括一第三偏振光学元件26，其中所述第三偏振光学元件26被设置于所述测量检测光路103，藉由所述第三偏振光学元件26调整所述检测参考光路105的光束为S光，以便所述检测参考光路105的光线和所述测量检测光路103的反射光线能够在所述第一干涉单元231内干涉形成所述测量干涉光束。优选地，在本发明的该优选实施例中，所述第一偏振光学元件24、所述第二偏振光学元件25以及所述第三偏振光学元件26为λ/2波片，其中所述λ/2波片被用于改变偏振激光的偏振方向，使得进入到所述第一干涉单元231的所述测量检测光路103的光线和所述检测参考光路105的光线的偏振方向一致，使得进入到所述第二干涉单元232的所述振动检测光路104的光线和所述振动参考光路106的光线的偏振方向一致。

本领域技术人员可以理解的是，在本发明中所述测量检测光路103、所述振动检测光路104、所述检测参考光路105、以及所述振动参考光路106的光束类型在此仅仅作为示例性的，而非限制。

优选地，所述光干涉组件23将所述测量检测光路103、所述振动检测光路104、所述检测参考光路105、以及所述振动参考光路106传输的空间光汇集至光纤。光纤在保持各所述光路光线的偏振特性的前提下传输所述空间光，以便减小所述激光干涉仪的体积和重量，降低所述激光干涉仪调试过程的难度。

本领域技术人员可以理解的是，所述分光组件21、所述光收发装置22、所述第一偏振光学元件24、所述第二偏振光学元件25以及所述第三偏振光学元件26经反射和透射的光线为空间光，所述空间光可保持所述激光器10发射的激光光束的光学性能，从而有利于所述激光干涉仪检测的精确性。

如图2所示，所述第一干涉单元231包括一第一光耦合元件2311、一第二光耦合元件2312、以及一第一光合束元件2313，其中所述第一光耦合元件2311被耦接至所述光收发装置22，所述第一光耦合元件2311将所述测量检测光路103的光线通过光纤传输至所述第一光合束元件2313。所述第二光耦合元件2312被耦接至所述第三偏振光学元件26，其中所述检测参考光路105的光线被所述第二光耦合元件2312经由光纤传输至所述第一光合束元件2313。所述测量检测光路103的光线和所述检测参考光路105的光线在所述第一光合束元件2313干涉得到所述检测干涉光束。

所述第二干涉单元232包括一第三光耦合元件2321、一第四光耦合元件2322、以及一第二光合束元件2323，其中所述第三光耦合元件2321被耦接至所述第二分光单元212，所述第三光耦合元件2321将所述振动检测光路104的光线通过光纤传输至所述第二光合束元件2323。所述第四光耦合元件2322被耦接至所述第三分光单元213，其中所述振动参考光路106的光线被所述第四光耦合元件2322经由光纤传输至所述第二光合束元件2323。所述振动检测光路104的光线和所述振动参考光路106的光线在所述第二光合束元件2323干涉得到所述振动干涉光束。

所述第一光合束元件2313和所述第二光合束元件2323被合束而接入到所述第三干涉单元233。所述第三干涉单元233包括一第三光合束元件2331，其中第一光合束元件2313的检测干涉光束和所述第二光合束元件2323的振动干涉光束被所述第三光线合束器2331合束至所述探测器30。

优选地，所述第一光合束元件2313、所述第二光合束元件2323以及所述第三光合束元件2331为2x1保偏光纤合束器。优选地，在本发明的该优选实施例中，所述第一光耦合元件2311、所述第二光耦合元件2312、所述第三光耦合元件2321以及所述第四光耦合元件2322为光纤耦合器，其中所述光纤耦合器将空间光传输至光纤。

可选地，在本发明的其他可选实施方式中，所述第一光耦合元件2311、所述第二光耦合元件2312、所述第三光耦合元件2321以及所述第四光耦合元件2322可以但不限于一准直镜等光学元件，由所述准直镜传输光线至第一光合束元件2313、所述第二光合束元件2323或所述第三光合束元件2331等。

如图2所示，所述激光干涉仪100的所述光学系统20进一步包括至少一镜头27，其中所述镜头27沿所述检测光束的出射方向被设置于所述测量检测光路103，由所述镜头27对出射的所述测量检测光路103的光线调整和准直，和汇集所述被测物体的反射光束至所述光收发装置22。

值得一提的是，所述激光干涉仪100将检测光束连续地发射至所述被测物体的表面，以便所述探测器30基于所述干涉光束信息得到所述被测物体与所述激光干涉仪100之间的距离的变化趋势，从而得到所述被测物体表面运动变化的速度。

值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，所述激光干涉仪100在相对于所述被测物体运动的情况下，检测所述被测物体的运动变化以及运动变化快慢的趋势。详细地说，当所述激光干涉仪100被固定静止，所述被测物体相对所述激光干涉仪100运动，则可由所述激光干涉仪100检测所述被测物体的表面与所述激光干涉仪100之间的距离变化大小和距离变化的快慢。或者，当所述激光干涉仪100相对于静止的所述被测物体运动时，由所述激光干涉仪100在运动的情况下探测所述被测物体表面与所述激光干涉仪100的距离变化大小和距离变化的快慢。

所述激光干涉仪100的所述探测器30基于所述光干涉组件23的所述第三干涉单元233传输的所述干涉光束，生成对应于检测所述被测物体表面探测距离的数据信息的电信号，其中所述探测器30解调所述电信号得到所述被测物体表面的距离数据。可以理解的是，所述探测器30生成的所述被测物体的探测距离的电信号为一波动的振动信号，其中所述振动信号的幅值的大小对应于所述被测物体与所述激光干涉仪100之间的探测距离，所述振动信号的频率的大小对应于所述被测物体表面相对于所述激光干涉仪100的运动快慢。

相应地，当所述探测器30得到所述电信号对应的幅值越大时，所述激光干涉仪100检测到的所述被测物体表面与所述激光干涉仪100的距离越大。值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，所述所述探测器30得到的所述电信号的幅值的绝对值大小得到所述被测物体表面的探测距离数据信息。

参照本发明说明书附图之图3和图4所示，依照本发明上述较佳实施例的所述激光干涉仪100的一光学系统20的另一可选实施方式在接下来的描述中被阐明。所述光学系统20包括一分光组件21、一光收发装置22、一光干涉组件23、一第一偏振光学元件24、一调制器28、以及一第三偏振光学元件26。与上述较佳实施例的所述光学系统20的不同点在于所述调制器28，其中所述调制器28调整所述参考光路102输出至所述光干涉组件23的光线频率。所述光干涉组件23基于所述检测光路101和所述参考光路102的光束判断所述激光干涉仪100相对于所述被检测物的振动方向，即判断所述被测物体表面相对所述激光探测器100之间距离的变化趋势。

在本发明的该优选实施例中，所述分光组件21的结构与上述较佳实施例相同。所述分光组件21的所述第一分光单元将所述激光器10产生的探测激光基于所述检测光路101和所述参考光路102分成两激光光束。所述参考光路102的激光光束入射至所述调制器28，其中所述调制器28调制所述参考光路102的所述激光光束，和将所述参考光路102出射为两束参考光束。所述调制器28基于所述参考光路102入射的激光光束形成一检测参考光路105和一振动参考光路106，其中所述检测参考光路105和所述振动参考光路106被投射至所述第三分光单元213。

所述第三分光单元213反射所述振动参考光路106的激光光束至所述光干涉组件23的所述第二干涉单元232，所述第三分光单元213投射所述检测参考光路105的激光光束至所述第三偏振光学元件26，藉由所述第三偏振光学元件26改变所述检测参考光路105的偏振方向。

所述调制器28基于所述参考光路102的激光光束(S光)，调整出射的所述检测参考光路105的激光光束的频率和偏振方向(P光)，并将调制后的激光光束发射至所述第三分光单元213。所述调制器28保持所述参考光路102的激光光束(S光)的频率和偏振方向不变，将所述激光光束出射至所述第三分光单元213，以形成所述振动参考光路106。所述检测参考光路105的激光光束(P光)经由所述第三偏振光学元件26，由所述第三偏振光学元件26将所述检测参考光路105的激光光束(P光)转换为S光，并传输至所述第一干涉单元231。

值得一提的是，所述调制器28改变所述参考光路102调制的所述检测参考光路105的激光光束的频率与所述参考光路102的激光光束的频率的差值远小于所述参考光路102的激光光束的频率。因此，所述调制器28调制后得到的所述检测参考光路105的激光光束与所述测量检测光路103的激光光束在所述第一干涉单元231中能够产生干涉现象。

示例性的，所述调制器28基于入射的所述参考光路102的激光光束增加或减小30MHz，并改变所述参考光路102的激光光束的偏振方向，以得到所述检测参考光路105的激光光束。本领域技术人员可以理解的是，所述调制器28调制所述参考光路102的激光光束的频率该变量在此仅仅作为示例的，而非限制。

优选地，在本发明的该优选实施例中，所述调制器28被实施为一声光调制器(acousto-optic modulator，AOM)。值得一提的是，在本发明的该优选实施例，中，所述调制器28可通过定频的方式调整所述检测参考光路105的激光光束与所述参考光路102的激光光束的频差，即所述检测参考光路105的激光光束与所述参考光路102的激光光束的有固定大小的频差。可选地，所述调制器28通过频变的方式调整所述检测参考光路105的激光光束与所述参考光路102的激光光束的频差，以便所述激光干涉仪100根据持续频变的方式去除环境噪声，提高检测准确性。因此，在本发明的该优选实施例中，所述调制器28调制所述检测参考光路105频差的方式在此仅仅作为示例的，而非限制。

值得一提的是，所述调制器28通过调整所述检测参考光路105的激光光束的频率，使得所述探测器30得到的所述电信号对应的振动波形整体向上移动或整体向下移动。所述探测器30得到的所述电信号的波形变化特征，可判断出所述激光干涉仪100与所述被测物体之间相对距离的变化趋势。简言之，所述探测器30得到的所述电信号的波形变化特征判断出所述被测物体表面形状的变化趋势。所述探测器30基于所述电信号的频率得到所述激光干涉仪100与所述被测物体之间相对距离运动方向和运动速度。所述探测器30基于所述电信号的波动特征得到被测物体弯沉值和被测物体的弯沉变化速度的数据信息。

参照本发明说明书附图至图5和图6所示，依照本发明上述较佳实施例的一弯沉检测设备在接下来的描述中被阐明。所述弯沉检测设备包括至少二激光干涉仪100和一计算设备200，其中所述激光干涉仪100被可通信地连接于所述计算设备200，由所述计算设备200基于所述激光干涉仪100检测到的探测距离数据信息得到被检测物的弯沉信息。

详细地说，所述弯沉检测设备适于被搭载于一荷载装置，其中所述荷载装置可以但不限于具有一定轴载的车辆，藉由所述弯沉检测设备检测所述荷载装置对路基/路面作用前后，产生的残余变形量的加权平均值。本领域技术人员可以理解的是，在本发明的该优选实施例中，所述弯沉检测设备被搭载的所述荷载装置的类型在此仅仅作为示例的，而非限制。因此，在本发明的其他可选实施方式中，所述弯沉检测设备还可被搭载至其他具有一定轴载的移动装置，并且所述弯沉检测设备还可被用于检测其他被测物的弯沉值数据，比如桌面、板面、路面、桥面等。

值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，所述弯沉检测设备通过非接触测量的方式检测所述被测物体在固定载荷情况下的弯沉数据信息。所述弯沉检测设备被搭载至所述荷载装置，由所述荷载装置搭载所述弯沉检测设备移动，藉由所述弯沉检测设备在移动过程中连续地检测所述被测物体的弯沉数据信息，其中所述弯沉数据信息包括被测物体的弯沉值、弯沉变化速度、所述荷载装置的运动速度以及位移方向等。

如图5和图6所示，在本发明的该优选实施例中，所述弯沉检测设备的至少一激光干涉仪100a被搭载至所述载荷装置的参考端，比如所述载荷装置的前轮，至少一所述激光干涉仪100b被搭载至所述荷载装置的轴载端，比如所述荷载装置的后轮。值得一提的是，所述荷载装置的重量被设置于所述荷载装置的轴载端，由所述轴载端对被检测物(比如公路)施加检测压力。当所述荷载装置为车辆时，搭载至所述荷载装置参考端的所述激光干涉仪100a与搭载至所述荷载装置轴载端的所述激光干涉仪100b的距离L≥3m，以避免所述荷载装置的轴载端影响所述荷载装置的参考端的所述激光干涉仪100a的测量精度。

设置于所述荷载装置的所述参考端的所述激光干涉仪100a检测到的所述被测物的探测距离H1作为所述弯沉检测的零点参考数据，搭载至所述荷载装置的所述轴载端的所述激光干涉仪100b检测到的所述被测物的探测距离H2作为弯沉检测的测量数据。所述计算设备200基于所述激光干涉仪100a得到的所述探测距离H1和所述激光干涉仪100b得到的所述探测距离H2，得到所述被测物的弯沉数据信息H＝H2-H1。

优选地，在本发明的该优选实施例中，所述弯沉检测设备包括三个或三个以上的所述激光干涉仪100，其中至少二所述的激光干涉仪100b被搭载至所述荷载装置的轴载端。所述弯沉检测设备的所述计算设备200基于所述轴载端的所述激光干涉仪100b检测到的多个检测距离数据信息得到所述被测物的弯沉数据信息，有利于排出检测过程中的干扰噪声。

如图6所示，当所述被测物体表面存在干扰物时，比如存在于被检测路面的石子，存在于被检测桌面或板面的碎屑等干扰数据信息。当所述弯沉检测设备基于所述荷载装置检测所述被测物体的弯沉值时，通过设置于所述轴载端的多个所述激光干涉仪100b检测到的所述弯沉检测数据与所述设置于所述荷载装置的所述参考端的所述激光干涉仪100a检测到的探测数据分别对比，以排除干扰物的噪声信息。

参考本发明说明书附图之图7所示，依照本发明的另一方面，本发明进一步提供一激光干涉仪100的检测方法，其中所述检测方法包括如下步骤：

(a)分束一激光光束为一检测光路101和一参考光路102，其中所述检测光路101的光线供照射被测物体，以形成一反射光束；

(b)汇集所述检测光路101发射形成的所述发射光束和所述参考光路102的光束至一干涉组件23，其中所述检测光路101的所述反射光束和所述参考光路的光束干涉形成一干涉光束；以及

(c)光电转换所述干涉组件23得到的所述干涉光束为对应的电信号，和解调所述电信号，以获取所述被测物体的检测数据信息。

根据本发明上述检测方法，其中在上述检测方法的所述步骤(a)中，进一步包括：

(a.1)分束所述检测光路101的激光光束为一测量检测光路103和一振动检测光路104，其中所述测量检测光路103的光线供照射被测物体；和

(a.2)分束所述参考光路102为一检测参考光路105和一振动参考光路106。

根据本发明上述检测方法，其中在上述检测方法的所述步骤(b)中，进一步包括：

(b.1)汇集所述测量检测光路103的反射光线和所述检测参考光路105的光线至一第一干涉单元231，其中所述测量检测光路103的反射光线和所述检测参考光路105的光线在所述第一干涉单元231干涉，以形成一检测干涉光束；

(b.2)汇集所述振动检测光路104的光线和所述振动参考光路106的光线至一第二干涉单元232，其中所述振动检测光路104的光线和所述振动参考光路106的光线在所述第二干涉单元232干涉，以形成振动干涉光束；以及

(b.3)汇集所述检测干涉光束和所述振动干涉光束，以抵消所述检测干涉光路中相同的振动信号，去除所述激光干涉仪100的振动干扰。

根据本发明上述检测方法，其中在上述检测方法的所述步骤(a.2)中，进一步包括：调整所述参考光路102出射得到的所述检测参考光路105中光束的频率，以根据所述电信号的波动特征判断所述激光干涉仪100与所述被测物体之间的距离的震动特性。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (14)

1.一种光学系统，用于一激光干涉仪，其包括一激光器，其特征在于，包括：

分光组件，所述分光组件包括第一分光单元、第二分光单元和第三分光单元，所述第一分光单元被配置为将该激光器投射的光束分成检测光和参考光；所述检测光在所述光学系统内所经过的光路设定为检测光路，所述参考光在所述光学系统内经过的光路设定为参考光路，所述第二分光单元被设置于所述检测光路，被配置为将所述检测光分束为测量检测光和振动检测光，所述第三分光单元被设置于所述参考光路，被配置为将所述参考光分束为测量参考光和振动参考光；

光收发装置，被配置为出射所述测量检测光至被测目标和接收所述测量检测光的反射光；以及

干涉组件，所述干涉组件包括第一干涉单元、一第二干涉单元以及第三干涉单元，其中，所述第一干涉单元，被配置为汇集所述测量检测光的反射光和测量参考光，以使得所述测量检测光的反射光和测量参考光在所述第一干涉单元处发生干涉，以形成检测干涉光；所述第二干涉单元，被配置为汇集所述振动检测光和所述振动参考光，以使得所述振动检测光和所述振动参考光在所述第二干涉单元处发生干涉，以形成振动干涉光；所述第三干涉单元，被配置为汇集所述检测干涉光和所述震动参考光，以使得所述检测干涉光和所述震动参考光在所述第三干涉单元处发生干涉，从而所述检测干涉光中与所述振动干涉光相同的振动信号被抵消。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一分光单元、所述第二分光单元以及所述第三分光单元为分束镜。

3.根据权利要求2所述的光学系统，进一步包括一第一偏振光学元件和一第二偏振光学元件，其中所述第一偏振光学元件被设置于所述第一分光单元和所述第二分光单元之间，并被配置为调整所述检测光的偏振方向，其中所述第二偏振光学元件被设置于所述第一分光单元和所述第三分光单元之间，并被配置为调整所述参考光的偏振方向。

4.根据权利要求2所述的光学系统，进一步包括一第一偏振光学元件和一调制器，其中所述第一偏振光学元件被设置于所述第一分光单元和所述第二分光单元之间，所述第一偏振光学元件调整入射至所述第二分光单元的光线的偏振方向，其中所述调制器被设置于所述第一分光单元和所述第三分光单元之间，所述调制器调整出射的所述测量参考光的频率和偏振方向。

5.根据权利要求3或4所述的光学系统，进一步包括一第三偏振光学元件，其中所述第三偏振光学元件被设置于所述第三分光单元，借以所述第三偏振光学元件调整所述测量参考光的偏振方向，使得进入到所述第一干涉单元的所述测量参考光和所述测量检测光的反射光线的偏振方向一致。

6.根据权利要求5所述的光学系统，其中所述第一偏振光学元件、所述第二偏振光学元件以及第三偏振光学元件为λ/2波片。

7.根据权利要求5所述的光学系统，其中所述第一干涉单元包括一第一光耦合元件、一第二光耦合元件以及一第一光合束元件，其中所述第一光耦合元件被耦接至所述光收发装置，所述第二光耦合元件被耦接至所述第三偏振光学元件，所述第一光耦合元件将所述测量检测光传输至所述第一光合束元件，其中所述测量参考光被所述第二光耦合元件传输至所述第一光合束元件。

8.根据权利要求7所述的光学系统，其中所述第二干涉单元包括一第三光耦合元件、一第四光耦合元件以及一第二光合束元件，其中所述第三光耦合元件被耦接至所述第二分光单元，所述第三光耦合元件传输所述测量检测光至所述第二光合束元件，所述第四光耦合元件被耦接至所述第三分光单元，其中所述振动参考光被所述第四光耦合元件传输至所述第二光合束元件。

9.根据权利要求7所述的光学系统，其中所述第三干涉单元包括一第三光合束元件，所述第一光合束元件和所述第二光合束元件以及所述第三光合束元件为2x1保偏光纤合束器。

10.根据权利要求9所述的光学系统，其中所述第一光耦合元件、所述第二光耦合元件、所述第三光耦合元件以及所述第四光耦合元件为光纤耦合器。

11.一激光干涉仪，其特征在于，包括：

一激光器，其中所述激光器发射一激光；

如权利要求1至10任一所述的光学系统，其中所述光学系统基于所述激光器发射的激光干涉得到一干涉光；

一探测器，其中所述探测器被接入至所述光学系统，由所述探测器基于所述干涉光束得到被测物体的探测数据信息；以及

一壳体，其中所述激光器、所述光学系统以及所述探测器被固定地设置于所述壳体。

12.一弯沉检测设备，适于搭载至一荷载装置，其中所述荷载装置包括一参考端和一轴载端，其特征在于，包括：

如权利要求11所述的至少二激光干涉仪，至少一所述激光干涉仪被设置于所述荷载装置的所述参考端，以检测被测物的一零点参考数据，至少一所述激光干涉仪被设置于所述荷载装置的所述轴载端，以检测被测物的一测量数据；和

至少一计算设备，其中所述计算设备被通信地连接于所述至少二激光干涉仪，所述计算设备基于所述激光干涉仪检测得到的所述零点参考数据和所述测量数据得到被测物体的弯沉数据信息。

13.一激光干涉仪的检测方法，其特征在于，其中所述检测方法包括如下步骤：

(a)分束一激光为一检测光路和一参考光路；分束所述检测光路的激光为一测量检测光和一测量检测光，借以所述测量检测光的光线照射被测物体，以形成一反射光；分束所述参考光路为一测量参考光和一振动参考光；

(b)汇集所述测量检测光的反射光线和所述测量参考光的光线以形成一检测干涉光束；汇集所述测量检测光的光线和所述振动参考光的光线以形成振动干涉光束；汇集所述检测干涉光束和所述振动干涉光束，以抵消所述干涉光路中相同的振动信号；以及

(c)光电转换所述干涉组件得到的所述干涉光为对应的电信号，和解调所述电信号，以获取所述被测物体的检测数据信息。

14.根据权利要求13所述的检测方法，其中在上述检测方法的所述步骤(a)，进一步包括：以一远小于激光频率的改变量调整所述参考光路出射得到的所述测量参考光中光束的频率，以根据所述电信号的波动特征判断所述激光干涉仪与所述被测物体之间的距离的震动特性。

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