[其他]斜行光干涉儀伸縮計量方法及裝置

在審

• 申請號: 101986000004916
• 申請日: 1986-08-08
• 公開（公告）號: CN1005648B
• 公開（公告）日: 1989-11-01
• 發明（設計）人: 李志超;黃文浩
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 代理公司: 中國科學院合肥專利事務所
• 代理人: 趙烏蘭

一種斜行光干涉儀伸縮計量方法及裝置。屬于長度計量技術領域。本發明方法采用二支或二支以上光束，利用不同行進方向光束的干涉光極大值間距對應于不同伸縮位移量間的關系，求出待測量值。本發明裝置采用普通非穩頻激光器和簡單法布里·白洛干涉儀，通過干涉儀、分束鏡和反射鏡的放置，以及測出干涉光極大值對應的壓電陶瓷電壓值，實現上述方法。本發明可使量程達５０λ以上，具有埃量級的分辨力。

本發明屬于長度計量技術領域。

用激光干涉法測量微小伸縮或位移，是長度計量的最精密的方法。在長度計量中最多使用的是邁克爾遜干涉儀。這種干涉儀一般以大尺度（米級量程）計量為目的，分辨能力約1/8波長（約80nm）。清華大學朱鶴年和張培林在《埃分辨率的激光系統及其在材料電致形變測量中的應用》（《中國激光》1983年第10卷第8.9期）一文中提出了小變量高靈敏度計量系統，該系統可達埃的測量分辯率。但是這種計量系統電路較復雜，而且需用昂貴的穩頻激光器。

也可用法布里·白洛干涉儀進行長度計量。歐洲專利EP-101-726-A提供的裝置，能測量微小位移，但因壓電陶瓷動程很小，僅靠干涉儀間距不變就不能進行大量程計量，同時測量中受干涉儀間隙中的物理變化的影響。美國專利US-4172663，雖然也采用了多光束同波長光束進入干涉儀，但由于它是以光的波長為測量對象的，它的元件性質、光路、機械都是為達到測波長這一目的而設計的，因而它不能用來測長度變化量。而李志超等人把法布里·白洛干涉儀用于磁致伸縮計量，由于把光程差減小到0.1mm水平，減小了物理變化對測量的影響，并獲得3nm的分辨力（《金屬材料研究》1984年10月第40頁）。它的缺點是：當長度變化量值比半波長大時，從示波屏上圖形的移動來讀出數據是困難的，當變化進行較快時變為不可能。

本發明的目的在于提供一種斜行光干涉儀伸縮計量方法及裝置，它能擴大量程，方便讀數。

本發明的任務是以如下方式完成的：法布里·白洛干涉儀的一個鏡片，通過中心測桿與待測物接觸，隨待測物一起運動;另一鏡片粘在壓電陶瓷的自由端，壓電陶瓷在掃描電壓的作用下，帶動鏡片作掃描運動。采用二束或二束以上光束，至少有一束光通過法布里·白洛干涉儀時的行進方向與伸縮位移方向或干涉儀法線方向有夾角。該夾角的形成，可以是光束正入射，干涉儀斜放;可以是干涉儀正放，光束斜入射;以及干涉儀斜放，光束取任意方向。法布里·白洛干涉儀的光程差公式是：

Δ＝2d·COSθ＝kλ

式中Δ為透射光束之間的光程差，d為鏡間距離，θ為光束與鏡面法線的交角，λ為光波長，k為干涉級數。當k為整數時干涉光強為極大。在斜行光束上，干涉光極大值的間隔，對應的位移量不是δd＝λ/2，而是大于λ/2的值;λ/2COSθ。因而在示波圖上，正入射光束和斜行光束的峰間距不同，它們的排列正如游標卡尺一樣，正入射光好象主尺，斜行光好象游標，根據它們與掃描電壓波形的相位關系，可以得到待測物的伸縮或位移變化量。

當待測量為Δd時，在正入射光束（干涉儀正放）上對應干涉級數變化為ΔK₀，在斜行光束上對應干涉級數變化為ΔK₁，分別用右上角標i和d表示它們的整數和小數部分;

在｜ΔKi0 ]]>-ΔKi1 ]]>｜＜1的范圍，對于一定的Δ有：