[发明专利]线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置及方法

权利要求书

1.线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置，其特征在于，该装置包括数字信号处理器(1)、A/D转换器(2)、前置放大器(3)、滤波器(4)、光电探测器(5)、会聚透镜(6)、平板玻璃(7)、一号反射镜(8)、二号反射镜(9)和调频激光器(10)； 

调频激光器(10)发射的激光经二号反射镜(9)反射后入射至一号反射镜(8)，经一号反射镜(8)反射后的光束入射至平面玻璃(7)；该入射光经平板玻璃(7)的前表面与平板玻璃(7)的后表面多次反射后获得多束反射光，该多束反射光经平板玻璃(7)透射之后经会聚透镜(6)汇聚至光电探测器(6)的光敏面上； 

经光电探测器(5)进行光电转换后的电流信号输出端连接滤波器(4)的信号输入端，滤波器(4)的滤波后信号输出端连接前置放大器(3)的信号输入端，前置放大器(3)的放大信号输出端连接A/D转换器(2)的模拟信号输入端，A/D转换器(2)的数字信号输出端连接数字信号处理器(1)的信号输入端。 

2.根据权利要求1所述的线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置，其特征在于，滤波器(4)是低通滤波器。 

3.线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置测量玻璃厚度的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为： 

步骤一、采用调频激光器(10)发射激光，激光经一号反射镜(8)和二号反射镜(9)两次反射后斜射至平板玻璃(7)；同时记录光束斜射至平板玻璃(7)的入射角θ₀；并测量调频激光器(10)发射激光的到入射平板玻璃(7)之间的光程l，计算平板玻璃(7)的入射光场E(t)、反射光场E₁(t)和经过平板玻璃后表面反射后透射出前表面的光场E₂(t)； 

入射光场的数学表达式为： 

E(t)＝E₀exp{i(ω₀t+kt²)}     (1-1) 

其中，为调频带宽的变化率，T为调频周期，△F为调频带宽；E₀为入射光场振幅，t为时间，ω₀为光场角频率；i是虚数单位； 

根据公式(1-1)获得t-l/cc时刻到达平板玻璃前表面的反射光场为： 

根据公式(1-1)获得t-l/c时刻经过平板玻璃后表面反射后透射出前表面的光场表达式为： 

其中，α和α₁分别为平板玻璃的反射系数和透射系数，d为平板玻璃厚度，θ为入射光折射角，n为平板玻璃折射率，c为光速； 

步骤二、激光经平板玻璃(7)折射发射后，经会聚透镜(6)会聚至光电探测器(5)的感光面上，计算光电探测器(5)接收到的总光场； 

光电探测器接收到的总光场表示为： 

E′(t)＝E₁(t)+E₂(t)   (4-1) 

则光电探测器输出的光电流表示为： 

其中，e为电子电量，Z为探测器表面介质的本征阻抗，η为量子效率，D为探测器光敏面的面积，h为普朗克常数，v为激光频率，*号表示复数共轭； 

步骤三、经光电探测器(5)的光电转换后获得电流信号经滤波器(4)进行低通滤波； 

获得滤波后的中频电流信号： 

将(2-1)式和(3-1)式代入(6-1)式，结果为： 

步骤四、对步骤三中的中频电流信号中的频率差进行傅里叶变换，获得频率差信号的频率与平板玻璃厚度d的比例关系式，进而获得平板玻璃厚度d； 

频率差信号的频率与平板玻璃厚度成正比的比例系数K为： 

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