CN207964629U - 一种基于光程补偿技术的激光测量装置 - Google Patents
一种基于光程补偿技术的激光测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN207964629U CN207964629U CN201721730783.4U CN201721730783U CN207964629U CN 207964629 U CN207964629 U CN 207964629U CN 201721730783 U CN201721730783 U CN 201721730783U CN 207964629 U CN207964629 U CN 207964629U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- speculum
- laser
- amici prism
- piezoelectric ceramics
- liquid crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于光程补偿技术的激光测量装置。激光器输出的激光束被分光棱镜分成一路探测光束、一路本振光束。探测光束用以目标测量；本振光束经过安装于压电陶瓷的反射镜反射后进入液晶体，在液晶体内经过多次反射后到达安装于另一压电陶瓷的反射镜，经过反射后进入平衡探测器。通过控制加载于压电陶瓷和液晶体的电压以改变本振光束进入液晶体的角度和液晶体的折射率，实现本振光束的传输光程连续改变，最终实现本振光束与信号光束的光程匹配，减小相位噪声，提高接收灵敏度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于光程补偿技术的激光测量装置，属于激光传感和激光干涉测量领域。
背景技术
激光干涉测量具有抗干扰能力强、测量精度高、频率和相位响应出色等特点而被广泛应用于测量领域。但随着加工及测量技术的发展以及应用领域的扩展，对测量精度、测量范围以及工作距离等提出了更高的要求。
为获取高的测量精度，在采用精密加工技术以及系优化系统结构和优化电路设计等措施后，激光干涉测量系统中本振光束和探测光束的光程不匹配引入的相位噪声成为制约提高测量精度的主要因素。特别是对远距离目标的测量，随着工作距离的增加，光程失配加剧，激光的相干性减弱，相位噪声增大，降低测量精度。
激光源在一个扫频周期内的瞬时频率为：
v＝v0+γt
在测量系统中，激光器发出的光信号可表示为
式中为光源在t时刻的瞬时相位。
若工作距离为x0，则接收到的探测光和本振光的信号间的时间延迟为：
c为真空中的光速，n为大气的折射率，则测量输出的拍频信号的频率为：
那么最终到达探测器的探测光和本振光产生的光电流可以表示为；
拍频信号的频率由反射信号和参考信号的光程差决定，而其强度则正比于反射信号的强度。激光器因线宽有限而产生的相位噪声，将直接体现在相干检测信号中。这里令激光器的相位噪声使得
考虑到激光器线宽具有洛伦兹函数的特性，相位噪声方差可表示为
式中Δv0为激光线宽对检测到的拍频信号的自相关函数进行傅里叶变换可得信号的功率谱密度：
式中τc＝1/(πΔv0)为激光器的相干时间，取决于Δv0。功率谱密度函数中的第一项冲击响应为平均光功率，对应混频后的直流信号第二项冲击响应是拍频信号，信号峰值由反射系数决定，并且以系数τ/τc呈指数衰减。第三项呈现为连续谱特性，表征了激光相位噪声的影响激光的线宽。
可知，有限的激光器线宽(即相干长度)的对测量系统的影响主要表现为影响拍频信号的强度，拍频信号强度以系数τ/τc呈指数衰减，随着工作距离的增加，延迟时间τ增加，信号衰减将加剧，信号检测灵敏度大大降低。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种基于光程补偿技术的激光测量装置，其特征在于：所述装置包括激光器、分光棱镜、二分之一波片、四分之一波片、反射镜、液晶体、压电陶瓷、压电陶瓷驱动器、控制器、平衡探测器和信号处理器；
所述反射镜包括安装在第一压电陶瓷上的第一反射镜、安装于液晶体两表面的第二反射镜和第三反射镜、安装在第二压电陶瓷上的第四反射镜；所述第一反射镜的表面与所述第一分光棱镜的分光面平行，所述第二反射镜和第三反射镜为两个对向设置的反射镜，保证光束进入后可在其内进行来回多次反射；所述第四反射镜表面于所述第一反射镜表面相互垂直；
所述分光棱镜包括第一分光棱镜和第二分光棱镜，所述第一分光棱镜设置于所述激光器的左方并与所述激光器处于同水平线上；所述第二分光棱镜设置于上述二分之一波片的下方，四分之一波片的上方；
所述二分之一波片设置于所述第一分光棱镜的下方，将接收线偏振光的偏振方向旋转90°；
所述四分之一波片设置于所述第二分光棱镜的下方，将接收到的线偏振光转换为圆偏振光；
所述平衡探测器安装于所述第二分光棱镜和第四反射镜之间且处于同一水平线，接收所述第二分光棱镜和第四反射镜的反射光束，并输出信号至信号处理器。
进一步的，所述激光器输出的窄带线偏振光到达第一分光棱镜，经过偏振分光后生成一路探测光束、一路本振光束；探测光束经过四分之一波片透射后到达被测量目标，经过被测量目标调制后携带目标信息，被目标反射至四分之一波片，经过第二分光棱镜的再次反射进入平衡探测器。
进一步的，本振光束经过安装于压电陶瓷的反射镜反射后进入液晶体内，在液晶体内多次反射后离开液晶体，最后进入平衡探测器内。通过控制压电陶瓷的转动可以改变本振光束进入液晶体的角度；控制加载于液晶体的电压可以改变液晶体的折射率，两种方式相结合可以实现本振光束光程的连续大范围的调整，实现与探测光束光程的匹配，提高探测灵敏度。
进一步的，平衡探测器输出的电信号送给信号处理器进行以提取目标信息。
优选地，所述的激光器为窄线宽保偏及稳频激光器，线宽小于3kHz。
优选地，所述的分光棱镜为偏振分光棱镜，射参数|Tp-Ts|>99％，反射参数|Rs-Rp|>99％。
优选地，所述反射镜要求其面型精度RMS值小于λ/50，反射率大于98％。
优选地，所述压电陶瓷的闭环摆角范围不小于20mrad，闭环角度分辨率不大于10μrad。
区别于现有技术的情况，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型通过对激光干涉测量的光程差进行补偿，在提高了测量精度的同时，增加了工作距离，扩大了其应用领域。
2、入射角度和液晶折射率的双重控制在提高光程匹配范围的同时将光程差的精度控制在ns量级。
3、灵活实现连续变化的工作距离上的补偿，大大提高激光测量装置的机动性，实现不同距离上的高精度测量。
4、在一定的测量距离和测量精度下，可以通过光程差补偿降低对激光器线宽的要求。
附图说明
图1为采用本实用新型的激光测量原理图
图中，1.激光器；2.第一分光棱镜；3.二分之一波片；4.第二分光棱镜；5.四分之一波片；6.第一反射镜；7.第一压电陶瓷；8.液晶体；9.第二反射镜；10.第三反射镜；11.第二压电陶瓷；12.第四反射镜；13.平衡探测器；14.信号处理器；15.控制器；16.压电陶瓷驱动器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型所采用的技术方案是：一种基于光程补偿技术的激光测量装置，其特征在于：装置主要包括激光器、分光棱镜、二分之一波片、四分之一波片、反射镜、液晶体、压电陶瓷、压电陶瓷驱动器、控制器，平衡探测器和信号处理器。其中，激光器输出的窄带线偏振光经过第一分光棱镜后分成探测光束和本振光束，探测光束经过远距离传输后到达被测目标，加载被测目标的信息后进入平衡探测器。为减小本振光束和探测光束因光程差引入的相位噪声对探测精度和探测距离的影响，本装置在本振光束传播路径上进行光程补偿以减小本证光束和探测光束的光程差，完成两光束的光程匹配，减小相位噪声的影响。
本振光束经过安装于压电陶瓷的反射镜反射后进入液晶体内，在液晶体内多次反射后离开液晶体，最后进入平衡探测器内。通过控制压电陶瓷的转动可以控制本振光束进入液晶体的角度；控制加载于液晶体的电压可以控制液晶体的折射率，两种方式相结合可以实现光程的连续大范围的调整，实现与探测光光程的匹配，提高探测灵敏度，具体而言，如图1所示：
图中采用右手坐标系，z轴沿光传播方向，y轴垂直纸面并指向观察者，x轴平行于纸面。激光器1输出的偏振方向与x轴成45°夹角的窄带线偏振光沿z轴传输，垂直入射到第一分光棱镜2，入射光束与分光棱镜的分光面呈45°夹角，偏振方向平行于入射面的分量透过分光面作为本振光束；偏振方向垂直入射面的分量被分光面反射后作为探测光束。探测光束离开第一分光棱镜2后以入射到二分之一波片3的表面。二分之一波片3的光轴方向与x轴呈45°角安放。探测光束透射穿过二分之波片3后偏振方向旋转90°，随后到达第二分光棱镜4，探测光束全部通过第二分光棱镜4。经过四分之一波片5后由线偏振光转变为圆偏振光到达被测量目标，加载被测量目标的信息后，被测量目标的表面反射至四分之一波片5，离开四分之一波片5后由圆偏振光变成线偏振光，且相对于第二分光棱镜4输出的线偏振光偏振方向旋转90°。探测光束被到达第二分光棱镜4后全部被分光面反射进入平衡探测器13。本振光束离开第一分光棱镜2后到达安装于第一压电陶瓷7上的第一反射镜6，要求压第一电陶瓷7在不加电压的情况下安放在其表面与z轴呈45°角的位置，加载电压后第一压电陶瓷7表面与z轴的夹角的最大变化量为±20mrad。本振光束被第一反射镜6反射后进入液晶体8。在液晶体8内被第二反射镜9和第三反射镜10多次反射后离开液晶体8，随后被安装于第二压电陶瓷11上的第四反射镜12反射后进入平衡探测器13。平衡探测器13输出的携带被测目标信息的电信号送给信号处理器14以提取目标信息。
控制器15根据输入的补偿要求输出控制电压，改变液晶体8的折射率；控制压电陶瓷驱动器16送给第一压电陶瓷7和第二压电陶瓷11的电压，以控制本振光束进入液晶体8的入射角度和进入平衡探测器13的角度。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于光程补偿技术的激光测量装置，其特征在于：所述装置包括激光器、分光棱镜、二分之一波片、四分之一波片、反射镜、液晶体、压电陶瓷、压电陶瓷驱动器、控制器、平衡探测器和信号处理器；
所述反射镜包括安装在第一压电陶瓷上的第一反射镜、安装于液晶体两表面的第二反射镜和第三反射镜、安装在第二压电陶瓷上的第四反射镜；所述第一反射镜的表面与第一分光棱镜的分光面平行，所述第二反射镜和第三反射镜为两个对向设置的反射镜，保证光束进入后可在其内进行来回多次反射；
所述第四反射镜表面于所述第一反射镜表面相互垂直；
所述分光棱镜包括第一分光棱镜和第二分光棱镜，所述第一分光棱镜设置于所述激光器的左方并与所述激光器处于同水平线上；所述第二分光棱镜设置于上述二分之一波片的下方，四分之一波片的上方；
所述二分之一波片设置于所述第一分光棱镜的下方，将接收线偏振光的偏振方向旋转90°；
所述四分之一波片设置于所述第二分光棱镜的下方，将接收到的线偏振光转换为圆偏振光；
所述平衡探测器安装于所述第二分光棱镜和第四反射镜之间且处于同一水平线，接收所述第二分光棱镜和第四反射镜的反射光束，并输出信号至信号处理器。
2.根据权利要求 1 所述的一种基于光程补偿技术的激光测量装置，其特征在于，所述的激光器为窄线宽保偏及稳频激光器，线宽小于 3kHz。
3.根据权利要求 1 所述的一种基于光程补偿技术的激光测量装置，其特征在于，所述的分光棱镜为偏振分光棱镜，透射参数|Tp-Ts|>99%，反射参数|Rs-Rp|>99%，所述分光棱镜与所述激光器输出的探测光束线路成 45°夹角。
4.根据权利要求 1 所述的一种基于光程补偿技术的激光测量装置，其特征在于，所述反射镜要求其面型精度 RMS 值小于λ/50，反射率大于 98%。
5.根据权利要求 1 所述的一种基于光程补偿技术的激光测量装置，其特征在于，所述压电陶瓷包括第一压电陶瓷和第二压电陶瓷；所述压电陶瓷的闭环摆角范围不小于20mrad，闭环角度分辨率不大于 10μrad。
6.根据权利要求 1 或 5 所述的一种基于光程补偿技术的激光测量装置，其特征在于，所述控制器电连接至所述压电陶瓷驱动器和液晶体，所述第一压电陶瓷和第二压电陶瓷电连接至所述压电陶瓷驱动器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721730783.4U CN207964629U (zh) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | 一种基于光程补偿技术的激光测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721730783.4U CN207964629U (zh) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | 一种基于光程补偿技术的激光测量装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207964629U true CN207964629U (zh) | 2018-10-12 |
Family
ID=63729112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201721730783.4U Expired - Fee Related CN207964629U (zh) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | 一种基于光程补偿技术的激光测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN207964629U (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110531103A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-03 | 浙江海洋大学 | 一种基于利萨如图形的光速测量方法与装置 |
| CN111596279A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-28 | 山东大学 | 一种激光指向稳定控制方法 |
| CN112666254A (zh) * | 2020-12-13 | 2021-04-16 | 河南省科学院应用物理研究所有限公司 | 基于智能视觉和大数据的玻璃幕墙服役状态的主动安全检测方法 |
| CN113300778A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-24 | 成都金诺信高科技有限公司 | 一种基于光程补偿器的自由空间频率传递系统及方法 |
| WO2022088334A1 (zh) * | 2020-10-30 | 2022-05-05 | 苏州镭智传感科技有限公司 | 相干激光雷达 |
| CN115870611A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-03-31 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种激光加工用光束指向抖动在线校正装置与方法 |
-
2017
- 2017-12-12 CN CN201721730783.4U patent/CN207964629U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110531103A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-03 | 浙江海洋大学 | 一种基于利萨如图形的光速测量方法与装置 |
| CN111596279A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-28 | 山东大学 | 一种激光指向稳定控制方法 |
| WO2022088334A1 (zh) * | 2020-10-30 | 2022-05-05 | 苏州镭智传感科技有限公司 | 相干激光雷达 |
| CN112666254A (zh) * | 2020-12-13 | 2021-04-16 | 河南省科学院应用物理研究所有限公司 | 基于智能视觉和大数据的玻璃幕墙服役状态的主动安全检测方法 |
| CN112666254B (zh) * | 2020-12-13 | 2024-02-02 | 河南省科学院应用物理研究所有限公司 | 基于智能视觉和大数据的玻璃幕墙服役状态的主动安全检测方法 |
| CN113300778A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-24 | 成都金诺信高科技有限公司 | 一种基于光程补偿器的自由空间频率传递系统及方法 |
| CN115870611A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-03-31 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种激光加工用光束指向抖动在线校正装置与方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN207964629U (zh) | 一种基于光程补偿技术的激光测量装置 | |
| CN101398378B (zh) | 一种表面等离子共振的相位测量方法及其测量系统 | |
| US10215696B2 (en) | System for determining at least one property of a sheet dielectric sample using terahertz radiation | |
| CN110411335A (zh) | 差动式正弦相位调制激光干涉纳米位移测量装置及方法 | |
| CN101438126B (zh) | 自相关外差反射计及其实现方法 | |
| US4534649A (en) | Surface profile interferometer | |
| Downs et al. | An unmodulated bi-directional fringe-counting interferometer system for measuring displacement | |
| CN108692663A (zh) | 相位调制型正交偏振激光反馈光栅干涉仪及其测量方法 | |
| US4693605A (en) | Differential plane mirror interferometer | |
| CN108168465A (zh) | 一种共光路激光外差干涉法滚转角高精度测量装置及方法 | |
| CN105785386B (zh) | 基于f‑p标准具的高精度调频连续波激光测距系统 | |
| JP3351527B2 (ja) | 計測装置 | |
| CN102735430B (zh) | 位相延迟的检测方法及检测装置 | |
| CN107655599B (zh) | 一种光学元件微小应力的测量方法 | |
| JPS62235506A (ja) | 差動平面鏡干渉計システム | |
| CN109539975A (zh) | 单频激光干涉仪非线性误差修正方法与装置 | |
| CN106248195B (zh) | 附加相移补偿的高鲁棒性零差激光测振仪及四步调整法 | |
| CN110487173A (zh) | 反射式相位正交单频激光干涉测量装置及测量方法 | |
| CN108225193A (zh) | 衍射光栅外差式二维位移测量系统及方法 | |
| CN106842227B (zh) | 基于零折射率超材料的精密光学测距方法 | |
| CN110530531A (zh) | 基于迈克尔逊干涉的喷泉型原子重力仪光束相位变化测量装置与方法 | |
| JP2004020564A (ja) | 安定なファブリペロー干渉計 | |
| US4807997A (en) | Angular displacement measuring interferometer | |
| Bowers et al. | An all fiber-optic sensor for surface acoustic wave measurements | |
| CN112346082A (zh) | 相干多普勒测风激光雷达、方法和存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181012 Termination date: 20191212 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |