CN117450930A - 一种基于单频干涉原理的增敏位移测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种基于单频干涉原理的增敏位移测量系统及测量方法，所述系统包括所述系统包括：激光干涉仪，用于发射初始激光光束；第一平面反射镜、第二平面反射镜，利用被测量光路在第一平面反射镜和第二平面反射镜之间的多次反射，以放大位移输入，增加测量系统的灵敏度；所述激光干涉仪具备解析传感器，以接收经过多次反射后的测量光与参考光合成后的干涉光。本公开通过被测量光路在所述第一平面反射镜和第二平面反射镜之间的多次反射，以放大位移输入，增加所述测量系统的灵敏度。

Description

一种基于单频干涉原理的增敏位移测量系统及测量方法

技术领域

本公开涉及高精度光学测量领域，特别涉及一种基于单频干涉原理的增敏位移测量系统及测量方法。

背景技术

干涉测量是利用来自同一光源的两束光叠加产生干涉的一种光学测量技术。当两束光发生干涉时，在光的路径上会出现光强的相互加强或相互抵消。光学干涉测量作为一种实验室技术已经使用了近一百年。该技术被应用于光学计量学、光纤、多种类型的拓扑测量、地震学、粒子和等离子体物理、医学分析系统、分子生物学和机械应力应变测量等许多领域。干涉仪测量系统在工业应用中也得到了广泛的应用，它可以利用光自身干涉的能力作为测量位移的有力工具。迈克尔逊干涉仪是最常用的光学测量系统。

干涉测量拥有极高的精度、极小的分辨率、较大的量程、较好的稳定性，能实现非接触测量。传统的干涉仪分辨率直接取决于使用的激光频率，若要提高分辨率，只能通过相位插值法细分，但这种基于算法的提高分辨率方法易受环境干扰，对测量设备精度有着较高的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开的目的是：提供一种精密光学测量系统基于干涉原理的直线位移及测量方法，其目的在于在物理系统中提高现有的单频干涉位移测量的测量精度，该系统能够从现有的干涉检测方法分辨率不足的问题，通过多反射技术，将放大后的直线位移信息载于激光这一介质，在物理层面直接放大位移提高分辨率，且能结合相位差分算法进一步提高测量系统直线位移测量的分辨率。为了实现上述目的，本公开采用以下方案。

一种基于单频干涉原理的增敏位移测量系统，所述系统包括：激光干涉仪，用于发射初始激光光束；第一平面反射镜、第二平面反射镜，利用被测量光路在第一平面反射镜和第二平面反射镜之间的多次反射，以放大位移输入，增加测量系统的灵敏度；所述激光干涉仪具备解析传感器，以接收经过多次反射后的测量光与参考光合成后的干涉光。

可选的，所述系统还包括：分光棱镜，其用于将初始激光光束分为两束激光，两束激光在相干长度内产生干涉现象。

可选的，初始激光光束垂直射入分光棱镜的玻璃基体，不会发生反射光干涉现象。

可选的，第一平面反射镜安装在第一镜片支架上，第一镜片支架连接被测物体，第一平面反射镜垂直于位移输入方向布置。

可选的，所述系统还包括：第二平面反射镜的调整组件精密位移平台，用于调整第一平面反射镜及第二平面反射镜间的相对位置，以改变多反射光路的光程差。

可选的，所述系统还包括：第二平面反射镜的调整组件精密旋转平台，用于调整第一平面反射镜及第二平面反射镜的夹角，以改变多反射次数。

可选的，所述系统还包括：第二平面反射镜的调整组件第二镜片支架，用于调整多反射平面镜俯仰角和水平偏角，以调整两反射镜之间的角度。

可选的，所述系统还包括：角反射镜，其相对于分光棱镜固定设置，平行反射来自分光棱镜的反射光。

可选的，初始激光光束被分为两束激光，其中，透射光束在照射到第一平面反射镜上，经反射后照射到第二平面反射镜上，后续反射同理，最终形成多次反射，放大被测位移；通过调整第一平面反射镜与第二平面反射镜之间的夹角可改变多反射次数，改变测量分辨率。

一种基于单频干涉原理的增敏位移测量方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、第一反射镜与被测物体连接，第一反射镜的法线平行于位移输入方向，激光束以一定入射角打入第一反射镜；

步骤S2、光束经反射射入与第一反射镜呈小角度的第二反射镜；

步骤S3、然后在两平面镜内多次反射，最终原路返回，打入干涉分析仪器，获得高精度位移信息。

一种基于单频干涉原理的增敏位移测量系统，该系统包括主光路模组、参考光路模组和测量光路模组，所述测量光路模组用于与被测物品连接，部分组件与被测物品一同直线运动。

所述主光路模组包括：

激光干涉仪，所述激光干涉仪通过三脚架固定，用于向参考光路模组与测量光路模组发射激光，上述激光与直线位移处于同一平面内，并接收来自上述参考光路模组与测量光路模组的反射光。通过激光干涉仪接收器的分析单元对载于激光之上的位移信息进行解算，从而获得直线位移变化信息；

分光棱镜，所述分光棱镜相对于激光干涉仪固定设置，且表面垂直于激光，将单频激光分为同频率、相位相差π的两束激光，两束激光分别反射至参考光路模组与透射至测量光路模组。

所述参考光路模组包括：

角反射镜，所述角反射镜相对于分光棱镜固定设置，平行反射来自分光棱镜的反射光，并再一次通过分光棱镜汇入主光路。

所述测量光路模组包括：

第一平面反射镜，所述第一平面反射镜固定连接被测物体，反射面与将产生的直线位移垂直，接收来自上述主光路的透射光，并将其反射给上述测量光路模组第二平面反射镜；

第二平面反射镜，所述第二平面反射镜与第一反射镜面对面放置，垂直设置于激光于直线位移所处的平面内，且第一、第二平面反射镜在该平面投影面内呈一小角度；本方案中通过测量光路的多次反射，改变了干涉光的光程差与被测位移的比值，当被测物体发生位移时，光程差会成倍增加。干涉光射入干涉分析仪器后得到位移信息，从而达到位移测量增敏效果，获得高精度位移信息。

本方案中激光干涉仪发射一束单频激光束，打中分光棱镜后，光束分为两束频率相等、相位相差π的反射光和透射光，两束光需具备干涉条件。

本方案中分光棱镜反射光束打入参考光路中的角反射镜，经角反射镜反射后平行回射，再次命中分光棱镜，经反射打中激光干涉仪的解析传感器。

本方案中分光棱镜透射光束打入测量光路中，安装在被测物体上的第一平面反射镜，经反射打入测量光路中的第二平面反射镜，经多次反射后，光束垂直入射反射镜，然后按原路返回，最后从测量光路打中主光路模组中的分光棱镜，经透射后打中激光干涉仪的解析传感器。

本方案中两束打中激光干涉仪的解析传感器的两束激光满足干涉条件，在标靶处发生干涉，经解析传感器处理干涉信息后，得到高精度位移信息。

所述分光棱镜是正六面体分光棱镜，光学镀膜位于对角线位置。

所述测量光路的第一平面反射镜、第二平面反射镜都是高面形精度，高反射率的平面反射镜。

所述第二平面反射镜及其调整组件可以进行偏转、俯仰和平移，调整组件包括光学调整架、精密旋转平台和精密位移平台。

所述第二平面反射镜安装在光学调整架上，能够调整第二平面反射镜的俯仰角，保证第一平面反射镜和第二平面反射镜垂直于光路平面。

所述光学调整架安装在精密旋转平台上，能够调整第二平面反射镜和光学调整架的偏转角，改变第一平面反射镜和第二平面反射镜之间的夹角，从而改变位移测量的灵敏度。

所述精密旋转平台安装在精密位移平台上，能够调整第一平面反射镜和第二平面反射镜之间的距离。

相比于现有技术，本发明的有益技术效果在于：在物理系统中提高现有的单频干涉位移测量的测量精度，该系统能够从现有的干涉检测方法分辨率不足的问题，通过测量光路的多次反射，改变了干涉光的光程差与被测位移的比值，当被测物体发生位移时，光程差会成倍增加。将放大后的直线位移信息载于激光这一介质，在物理层面直接放大位移，提高分辨率，且结合相位差分算法能进一步提高测量系统直线位移测量的分辨率。可以在物理系统中改变光程差与被测位移的比值，从而进一步提高干涉测量的灵敏度，提高干涉测量精度。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是一种基于干涉原理的多反射精密位移测量系统示意图；

图2是测量光路中设置在精密光学平台上的多反射平面镜及其组件示意图；

图3是测量光路中设置在位移输入端的多反射平面镜及其组件示意图；

附图标记说明：1-激光干涉仪；2-分光棱镜；3-角反射镜；4-第一平面反射镜；5-第二平面反射镜；6-解析传感器；7-初始激光光束；8-干涉光束；9-精密位移平台；10-精密旋转平台；11-第二镜片支架；12-被测物体；13-第一镜片支架；14-反射光束；15-透射光束；16-多反射光束；17-光楔；18-光路平面；19-精密光学平台。

具体实施方式

下面结合附图1至图3和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。

为了描述性目的，本公开可使用诸如“在......之下”、“在......下方”、“在......下”、“下”、“在......上方”、“上”、“在......之上”、“较高的”和“侧(例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在......下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

在一个实施例中，本发明提供一种基于单频干涉原理的增敏位移测量系统，所述系统包括：激光干涉仪，用于发射初始激光光束；第一平面反射镜、第二平面反射镜，利用被测量光路在第一平面反射镜和第二平面反射镜之间的多次反射，以放大位移输入，增加测量系统的灵敏度；所述激光干涉仪具备解析传感器，以接收经过多次反射后的测量光与参考光合成后的干涉光。

本实施例公开了本发明的发明构思：通过测量光路的多次反射，改变了干涉光的光程差与被测位移的比值，当被测物体发生位移时，光程差会成倍增加。将放大后的直线位移信息载于激光这一介质，在物理层面直接放大位移，提高分辨率，且结合相位差分算法能进一步提高测量系统直线位移测量的分辨率。可以在物理系统中改变光程差与被测位移的比值，从而进一步提高干涉测量的灵敏度，提高干涉测量精度。

在一个实施例中，所述系统还包括：分光棱镜，其用于将初始激光光束分为两束激光，两束激光在相干长度内产生干涉现象。

在一个实施例中，初始激光光束垂直射入分光棱镜的玻璃基体，不会发生反射光干涉现象。

在一个实施例中，第一平面反射镜安装在第一镜片支架上，第一镜片支架连接被测物体，第一平面反射镜垂直于位移输入方向布置。

在一个实施例中，所述系统还包括：第二平面反射镜的调整组件精密位移平台，用于调整第一平面反射镜及第二平面反射镜间的相对位置，以改变多反射光路的光程差。

在一个实施例中，所述系统还包括：第二平面反射镜的调整组件精密旋转平台，用于调整第一平面反射镜及第二平面反射镜的夹角，以改变多反射次数。

在一个实施例中，所述系统还包括：第二平面反射镜的调整组件第二镜片支架，用于调整多反射平面镜俯仰角和水平偏角，以调整两反射镜之间的角度。

在一个实施例中，所述系统还包括：角反射镜，其相对于分光棱镜固定设置，平行反射来自分光棱镜的反射光。

在一个实施例中，初始激光光束被分为两束激光，其中，透射光束在照射到第一平面反射镜上，经反射后照射到第二平面反射镜上，后续反射同理，最终形成多次反射，放大被测位移；通过调整第一平面反射镜与第二平面反射镜之间的夹角可改变多反射次数，改变测量分辨率。

在一个实施例中，本发明提供一种基于单频干涉原理的增敏位移测量方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、第一反射镜与被测物体连接，第一反射镜的法线平行于位移输入方向，激光束以一定入射角打入第一反射镜；

步骤S2、光束经反射射入与第一反射镜呈小角度的第二反射镜；

步骤S3、然后在两平面镜内多次反射，最终原路返回，打入干涉分析仪器，获得高精度位移信息。

在一个实施例中，如图1所示，本发明提供一种基于单频干涉原理的位移测量增敏系统，包括主光路模组、参考光路模组和测量光路模组，

所述主光路模组包括：

激光干涉仪1，所述激光干涉仪通过三脚架固定，用于向参考光路模组与测量光路模组发射激光，上述激光与直线位移处于同一平面内，并接收来自上述参考光路模组与测量光路模组的反射光。通过激光干涉仪接收器的分析单元对载于激光之上的位移信息进行解算，从而获得直线位移变化信息；激光干涉仪1具备至少一个频率的激光光源，能出射频率稳定、具备一定相干长度的初始激光光束7，例如可选择雷尼绍XL-80干涉仪，激光波长632.8nm，频率精度百万分之0.1，线性测量精度百万分之0.5。

所述激光干涉仪具备一个接收激光的解析传感器6，能够接收干涉光束8，解析传感器6接收的干涉光束8中的位移信息并进行可视化显示，提供基本的数学处理功能。

分光棱镜2，所述分光棱镜相对于激光干涉仪1固定设置，且表面垂直于激光，将单频激光分为同频率、相位相差π的两束激光反射光束14和透射光束15，两束激光分别反射至参考光路模组与透射至测量光路模组。分光棱镜2设置在精密光学平台19上，能将初始激光光束7分为波长、相位相差π的两束激光，两束激光在相干长度内产生干涉现象。波长为激光干涉仪特征指标，常见的有632.8nm；相位为光波动方程里一个参数，取值范围为(0，2π)。

精密光学平台19是一钢制的平面平台，表面均匀设有螺纹孔，以安装固定其余设备，或利用磁吸底座固定。激光干涉仪1通过三脚架架设在平台之外；分光棱镜2安装在具有磁吸底座的支座上，通过磁吸固定于精密光学平台19之上；角反射镜3、光楔17也使用磁吸底座安装于精密光学平台19之上。需要说明的是，干涉仪1、分光棱镜2、光楔17同样可使用带螺孔的支座安装在平台之上，类似精密位移平台9安装在精密光学平台19。

实施例中的分光棱镜外形为正六面体，光学镀膜处在对角线位置，因此光束垂直射入分光棱镜的玻璃基体，不会发生反射光干涉现象。

所述参考光路模组包括：

角反射镜3，所述角反射镜设置在精密光学平台19上，相对于分光棱镜2固定设置，平行反射来自分光棱镜的反射光，并再一次通过分光棱镜汇入主光路模组。

激光干涉仪1射出单一频率的激光束，所述激光束打中所述分光棱镜2，反射光束14打中所述角反射镜3，经角反射镜3反射后平行回射，命中上述分光棱镜2，再次反射打中解析传感器6。此条经激光干涉仪1激发，途径分光棱镜2、角反射镜3、分光棱镜2，最后打中激光干涉仪解析传感器6的光路称为参考光路。

所述测量光路模组包括：

第一平面反射镜4，所述第一平面反射镜固定连接被测物体12，反射面与将产生的直线位移垂直，接收来自上述主光路的透射光，并将其反射给测量光路模组的第二平面反射镜5；第一平面反射镜4的反射面与被测位移方向垂直，第一平面反射镜和第二平面反射镜，垂直于光路平面，以保证光束原路返回，确保测量精度。

第二平面反射镜5，所述第二平面反射镜与第一反射镜面对面放置，垂直设置于激光于直线位移所处的平面内，且第一、第二平面反射镜在该平面投影面内呈一小角度；小于等于光线与第一反射镜入射角的1/2，实际布置时，该角约等于上述入射角的1/n，(n为大于等于2的整数)。

参照图2，第二平面反射镜5安装在其调整组件上，调整组件包括第二镜片支架11、精密旋转平台10和精密位移平台9。

第二平面反射镜5可以进行平移：调整精密位移平台9的旋钮以进行平移，即调整第一平面反射镜4与第二平面反射镜5间的相对位置，若向示意图1中的右侧平移，则多反射光程减小，相对于参考光路光程，两者光程差减小；

第二平面反射镜5可以进行偏转：调整精密旋转平台10的旋钮以进行偏转，即调整第一平面反射镜4与第二平面反射镜5间的夹角，在示意图1中，若第二平面反射镜5逆时针旋转，则反射次数增多；

第二平面反射镜5可以进行俯仰：调整第二镜片支架11的旋钮以进行俯仰，即调整第二平面反射镜5的俯仰角度，使其反射面垂直于示意图3中的光路平面18；

另外的，调整第二镜片支架11的旋钮以进行偏转，可作为同样功能的精密旋转平台10的补充，对第二平面反射镜5的偏转进行微调。

第二镜片支架11调整俯仰角度以垂直于光路平面18，保证反射光原路返回，精密旋转平台10调整偏转角度以改变两平面反射镜的夹角，改变光程差与被测位移的比值，即测量分辨率，精密位移平台9调整两个平面反射镜的距离以调整反射点的位置。

参照图3，所述测量光路模组用于与被测物体12连接，组件包括第一平面反射镜4，第一镜片支架13，与被测物体12一同直线运动。实例中具体架设在三脚架上的激光干涉仪，角反射镜以及分光棱镜；还包括安装在位移输入端的第一平面反射镜4，为长条形平面反射镜；还包括安装在精密光学平台19上的精密位移平台9，安装在精密位移平台9上的精密旋转平台10，设置在精密旋转平台10上的第一镜片支架13，以及第二镜片支架11上安装的另一片相同大小的长条形平面反射镜第二平面反射镜5。两片平面反射镜在水平面内呈一定夹角，对测量光路的激光进行多次偏折，放大位移输入，增加了位移测量灵敏度，组成基于单频干涉原理的增敏位移测量系统。

将第二平面反射镜5插入第二镜片支架11槽内，通过螺钉紧固，调整调节旋钮以俯仰；第一镜片支架13，镜片插入槽后通过后侧、上侧螺钉紧固，第一镜片支架13后侧另有螺孔与被测物体12连接。第一镜片支架13为一金属制品，前侧上下缘对第一平面反射镜4进行定位(限位)，后侧中央设有通孔与被测物体连接；左右两侧连通，便于插入第一平面反射镜4进行安装；后侧两端以及上侧两端设有螺纹孔，插入第一平面反射镜4后即可拧入紧固螺钉，对第一反射镜进行夹紧，为减少螺钉与镜片接触点应力，中间设有一垫片。

反射光束14，打中所述分光棱镜2后，除反射光外，存在另一多反射光束16，打中多反射镜组，多反射镜组由两片长条状平面反射镜组成，两者相互靠近，呈一定角度摆放，通过调整夹角和入射角，所述夹角大于0°，小于等于透射光束15与第一平面反射镜4入射角的1/2；本实例夹角为0°～22.5°，能实现光路多次反射，放大位移输入端第一平面反射镜4的位移，增加测量灵敏度，透射光束15进行多反射后的多反射光束16打中光楔17，激光角度偏转，平行于透射光束15，激光再次打中分光棱镜2，再次透射打中激光干涉仪的解析传感器6。此条经激光干涉仪1激发，途径分光棱镜2、第一平面反射镜4、第二平面反射镜5、光楔17、分光棱镜2，最后打中激光干涉仪的解析传感器6的光路成为测量光路。

本实例夹角为0°～22.5°，根据几何关系，第一平面反射镜4与第二平面反射镜5之间的所有反射光的入射角均小于初始入射角α，考虑入射角对反射光强的衰减作用与反射镜所需尺寸的影响，选择α＝45°，既保证了小的反射衰减，同时充分利用第一反射镜和第二反射镜的长度。

实施例中的光路：激光干涉仪发出一束初始激光光束7，所述激光束照射到位于主光路模组中的分光棱镜2，光束被分成频率相等、相位相差π的反射光束14和透射光束15。反射光束14照射到参考光路模组中的角反射镜3，经平行反射后照射到分光棱镜2上，又经分光棱镜2反射照射到激光干涉仪1上的解析传感器6。透射光束15照射到第一平面反射镜4上，经反射后照射到第二平面反射镜5上，随后经多次反射，最终光束原路返回，照射到分光棱镜上，经分光棱镜透射照射到激光干涉仪上的解析传感器6。返回的反射光束14和透射光束15满足干涉条件，即两束光频率一致、相位差恒定，在解析传感器处发生干涉。光楔17用于调整光束角度，具体的，将光楔置于光束中，即可对光进行偏转，通过调整光束的入射角，即在水平面内旋转光楔，实现光束角度的调整。光楔17及其组件设置在精密光学平台19上，安装在具有调节功能的支架上，能实现对激光光束水平面内的角度偏折。实施例中的两个平面反射镜都垂直于光路平面，在光路平面内以一小角度相对放置。第一平面反射镜安装在被测物体上，第二平面反射镜安装第一平面反射镜的相对位置。上述透射光在两平面反射镜之间形成了多次反射，当被测物体发生位移时，光程差成倍增加，位移测量分辨率也随之提高。

本实施例中的光路具有以下特点：激光干涉仪1出射的激光光束7经光路中分光棱镜形成反射光束14、透射光束15，其中仅透射光经第一平面反射镜4与第二平面反射镜5多次反射，反射光仅进行单次反射作为参考光以进行干涉，而非透射光与反射光双路多次反射。携带位移信息形成干涉光束8至干涉仪传感器，由干涉仪进行信息解算，而非通过另外设置的传感器进行光学数据分析。上述“携带的位移信息”载于干涉光束8的光强、相位之中，通过对干涉光束8处理获得表征位移的信息，而非通过光路偏折变化形成的平面几何问题进行表征。本光路区别于透射光与反射光的双路多反射布置、区别于忽略干涉仪传感器的另外设置传感器的布置、区别于忽略激光光强、相位等干涉信息，而单纯利用光的反射、折射的平面几何解析方案。本实施例中的布置简化，仅需在测量光路添加多反射光路，减小了系统误差。

本实施例建立单频干涉增敏位移测量系统的分辨率提升倍数的数学模型：测量光路中的反射次数为N，透射光照射到第一平面反射镜的入射角为α，第一平面反射镜和第二平面反射镜在光路平面内的夹角为θ。其中存在关系α＝(N-1)θ。激光干涉仪的位移测量灵敏度为D，则增敏后的干涉测量系统的位移测量灵敏度为当θ足够小时，增敏后的位移测量灵敏度可近似为/>取N＝10，根据几何关系，第一平面反射镜4与第二平面反射镜5之间的所有反射光的入射角均小于初始入射角α，考虑入射角对反射光强的衰减作用与反射镜所需尺寸的影响，选择α＝45°，既保证了小的反射衰减，同时充分利用第一反射镜和第二反射镜的长度。多反射次数N的大小决定了整个系统的灵敏度，偏低的反射次数无法实现足够的增敏需求，偏高的反射次数需要偏长的反射镜，此处取N＝10，求得θ＝5°。取某型号激光干涉仪位移测量灵敏度D＝1nm，代入可求得增敏后系统灵敏度。

本发明还提供一种高精度增敏位移测量方法，所述方法利用平面镜的反射，在狭小的空间内增大干涉光束的光程差，提高光程差与输入位移的比值，以提高测量灵敏度，实现位移的高精度测量。具体实施步骤如下：

步骤一、第一反射镜与被测物体连接，第一反射镜的法线平行于位移输入方向，激光束以一定入射角打入第一反射镜；

步骤二、光束经反射射入与第一反射镜呈小角度的第二反射镜，然后在两平面镜内多次反射，最终垂直入射反射镜；

步骤三、光束原路返回，打入干涉分析仪器，获得高精度位移信息。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种基于单频干涉原理的增敏位移测量系统，其特征在于，所述系统包括：激光干涉仪，用于发射初始激光光束；第一平面反射镜、第二平面反射镜，利用被测量光路在第一平面反射镜和第二平面反射镜之间的多次反射，以放大位移输入，增加测量系统的灵敏度；所述激光干涉仪具备解析传感器，以接收经过多次反射后的测量光与参考光合成后的干涉光。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，优选的，所述系统还包括：分光棱镜，其用于将初始激光光束分为两束激光，两束激光在相干长度内产生干涉现象。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，初始激光光束垂直射入分光棱镜的玻璃基体，不会发生反射光干涉现象。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，第一平面反射镜安装在第一镜片支架上，第一镜片支架连接被测物体，第一平面反射镜垂直于位移输入方向布置。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第二平面反射镜的调整组件精密位移平台，用于调整第一平面反射镜及第二平面反射镜间的相对位置，以改变多反射光路的光程差。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第二平面反射镜的调整组件精密旋转平台，用于调整第一平面反射镜及第二平面反射镜的夹角，以改变多反射次数。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第二平面反射镜的调整组件第二镜片支架，用于调整多反射平面镜俯仰角和水平偏角，以调整两反射镜之间的角度。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：角反射镜，其相对于分光棱镜固定设置，平行反射来自分光棱镜的反射光。

9.根据权利要求2-4任一所述的系统，其特征在于，初始激光光束被分为两束激光，其中，透射光束在照射到第一平面反射镜上，经反射后照射到第二平面反射镜上，后续反射同理，最终形成多次反射，放大被测位移；通过调整第一平面反射镜与第二平面反射镜之间的夹角可改变多反射次数，改变测量分辨率。

10.一种基于单频干涉原理的增敏位移测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、第一反射镜与被测物体连接，第一反射镜的法线平行于位移输入方向，激光束以一定入射角打入第一反射镜；

步骤S2、光束经反射射入与第一反射镜呈小角度的第二反射镜；

步骤S3、然后在两平面镜内多次反射，最终原路返回，打入干涉分析仪器，获得高精度位移信息。