申请/专利权人：安徽大学

申请日：2022-05-26

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN114894120B

主分类号：G01B11/24

分类号：G01B11/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2022.08.30#实质审查的生效;2022.08.12#公开

摘要：本发明公开了一种基于双波长的可调量程表面形貌测量装置及测量方法，涉及表面形貌测量领域，用于解决现有的表面形貌测量方法存在相位差取值范围限制对表面形貌测量范围的影响以及其处理过程较为复杂，且面临单步长相位差大幅跳跃而无法补偿的问题，双波长光经过光纤耦合器注入光纤反射端面与待测表面构成的FP干涉仪，经过波分复用器分成的两束干涉光注入光电探测器并转化为两路电信号，数据处理模块提取出信号间的相位差；使光纤反射端面与待测表面发生相对横向位移，FP干涉仪腔长受到待测表面形貌调制，其调制量通过相位差的变化表示，进而得出待测表面形貌。通过调节双波长光的波长差实现测量装置量程的调节。

主权项：1.一种基于双波长的可调量程表面形貌测量装置，包括双波长光源1、光纤耦合器2、光纤3、光纤反射端面11、待测表面10、轴向位移调制装置、横向位移调制装置、波分复用器4、光电探测器5及数据处理模块6；所述光纤反射端面11与待测表面10构成FP干涉仪；其特征在于，所述双波长光源1用于发出双波长λ1和λ2的光束至光纤耦合器2，所述光纤耦合器2通过光纤3与波分复用器4连接，FP干涉仪输出光经过光纤耦合器2注入波分复用器4；所述波分复用器4用于将接收的两束光并将分光后的两束光注入光电探测器5，所述光电探测器5用于将两束光转化为两路电信号并传输至数据处理模块6；所述数据处理模块6用于提取两路电信号间的相位差并通过相位差的变化表征FP干涉仪腔长变化；所述数据处理模块6通过信号电缆7分别与轴向位移调制装置和横向位移调制装置连接；所述横向位移调制装置使光纤反射端面与待测表面发生横向位移；所述轴向位移调制装置包括轴向位移调制器一9和轴向位移调制器二12；该装置的测量方法包括以下步骤：步骤一：双波长光源1发出双波长光束在FP干涉仪分别发生干涉，干涉光经过波分复用器4分成两路光信号，经光电探测器5转化形成两路电信号，数据处理模块6向轴向位移调制器二12发出调制信号，使光纤反射端面沿光纤轴向做频率为1kHz、幅值为λ28的振动，波长λ1小于λ2，数据处理模块6提取出两路电信号间的相位差；具体为： ；其中，和为两路干涉信号的初始相位，a1和a2为干涉信号的直流量，b1和b2为干涉信号的交流量，β为两路信号的相位差，θs为来源于轴向位移调制器二（12）产生的位移量，n为光介质折射率，Δλ为光源产生光波长的差额，当腔长L0发生Δl变化，相位差产生相应的变化Δβ，两者的关系为：Δl＝Δβ4π；数据处理模块6向轴向位移调制器二（12）发射调制信号，使FP干涉仪腔长产生幅值大于λ28，θs大于π2，使用椭圆拟合算法计算出两路电信号V1和V2间的相位差；步骤二：数据处理模块6向横向位移调制装置发射调制信号，使待测表面沿某一方向做横向运动，数据处理模块6计算并输出这一过程中测得的相位差值βn，并记作βn,Tn，下标n表示在这一时间段内输出的相位差值个数；步骤三：分析测得的相位差曲线βn,Tn，将其分为“凹”形、“凸”形、“凹凸”相间形，当曲线βn,Tn为“凹”形，通过数据处理模块6向轴向位移调制装置一9发射另一个调制信号，为直流电压信号，调节其幅值，使FP腔长产生变化，使待测表面测量起始点对应的相位差为趋近于π；当曲线βn,Tn为“凸”形，通过数据处理模块6向轴向位移调制装置一9发射另一个调制信号，为直流电压信号，调节其幅值，使FP腔长产生变化，使待测表面测量起始点对应的相位差为趋近于0rad；当曲线βn,Tn为“凹凸”相间形，通过数据处理模块6向轴向位移调制装置一9发射另一个调制信号，为直流电压信号，调节其幅值，使FP腔长产生变化，使待测表面测量起始点对应的相位差为0，π之间的任意值；步骤四：分析测得的相位差曲线βn,Tn，若βn,Tn中的相位差值变化范围超过π，则减小波长差值Δλ，直至βn,Tn中的相位差值变化范围小于且趋于π，当βn,Tn中的相位差值变化范围远小于π，则增大波长差值Δλ，直至βn,Tn中的相位差值变化范围小于且趋于π；步骤五：根据最终得出的βn,Tn，由Δl＝Δβn4π计算得出对应的待测表面形貌曲线ln,Tn，。

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百度查询： 安徽大学 一种基于双波长的可调量程表面形貌测量装置及测量方法

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