[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

说明书

技术领域

本发明属于精密玻璃厚度测量技术领域。

背景技术

精密玻璃厚度测量是工程领域一直需要面对和解决的问题。随着科学技术的发展，厚度测量方法不断的推陈出新，包括光学测量法、干涉测量法和衍射法等。利用这些方法一般都不能达到高准确度角度测量的要求。

由于光学测厚由于具有非接触性、精度高和结构简单等特点而备受人们的重视，因此使用光学测厚的方法得到了越来越广泛的应用。而在光学测量法中，激光外差测量技术继承了激光外差技术的诸多优点，是目前超高精度测量方法之一，但是现有玻璃厚度测量方法仍然存在测量精度差。

发明内容

本发明为了解决现有玻璃厚度测量方法仍然存在测量精度差的问题，提出了线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置及方法。

本发明所述线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置，该装置包括数字信号处理器、A/D转换器、前置放大器、滤波器、光电探测器、会聚透镜、平板玻璃、一号反射镜、二号反射镜和调频激光器；

调频激光器发射的激光经二号反射镜反射后入射至一号反射镜，经一号反射镜反射后的光束入射至平面玻璃；该入射光经平板玻璃的前表面与平板玻璃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透射之后经会聚透镜汇聚至光电探测器的光敏面上；

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

线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、采用调频激光器发射激光，激光经一号反射镜和二号反射镜两次反射后斜射至平板玻璃；同时记录光束斜射至平板玻璃的入射角θ₀；并测量调频激光器发射激光的到入射平板玻璃之间的光程l，计算平板玻璃的入射光场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：

E1(t)=αE0exp{i[ω0(t-lc)+k(t-lc)2]}---(2-1)]]>

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：