[发明专利]二维位移测量装置及测量方法

说明书

本发明涉及一种二维位移测量装置，包括：激光器，用于输出偏振激光；分光移频模块，用于将偏振激光进行分光并实现差动移频，形成至少两束光，且两束光频率不同；汇聚模块，用于对至少两束光进行汇聚后入射至待测目标上，且两束光在待测目标上相交，并接收被待测目标散射返回的激光，使返回的激光进入激光器，以对激光器的输出激光的光强进行调制；信号检测模块，用于对激光器输出激光的光强进行检测并转换为电信号；信号处理模块，与所述信号检测模块连接，用于对信号检测模块输出的电信号进行处理及计算，获得离面位移及面内位移。本发明还提供一种位移测量方法。本发明提供的二维位移测量装置及方法测量精度高。

技术领域

本发明涉及一种位移测量装置及测量方法，尤其涉及一种二维位移测量装置及测量方法，属于激光测量领域。

背景技术

激光回馈效应是在激光系统中，激光器输出光被外部物体反射或散射后，部分光回到激光器内与腔内光混合后引起的激光器的输出特性变化的现象。基于激光回馈效应的激光移频回馈技术除了具有结构简单，非接触、无损检测等优点外，还具有灵敏度高，可对粗糙表面进行测量的特点。目前，激光回馈技术已经被应用于精密位移测量、速度测量、形貌测量、振动测量、位相延迟测量等领域。

传统的离面位移和面内位移测量技术主要有电子散斑干涉、数字散斑干涉，时间序列散斑法和光栅莫尔条纹法。但是，无论是电子散斑干涉，还是数字散斑干涉，都要求物体的位移量必须大于单个散斑的尺寸，而散斑尺寸一般为微米级，因此这种方法测量的精度只能达到1微米左右，而且也无法进行动态实时测量。而时间序列散斑法，通过拍摄物体位移过程的一系列图样可以实现动态测量，但该方法的测量精度同样不高，而且当物体位移量超过5λ，就难以准确测量。光栅莫尔条纹法要求在物体表面复制光栅，在非接触测量的情况下较难应用。

传统的离面位移和面内位移测量方法各有特点，但是难以实现非接触情况下的高分辨率的测量。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种能够在非接触情况下能够精确测量二维位移测量的装置及方法。

一种二维位移测量装置，其中，所述二维位移测量装置包括：

激光器，用于输出偏振激光；

分光移频模块，设置于从激光器出射的偏振激光的光路上，用于将偏振激光进行分光并实现差动移频，形成至少两束光，且两束光频率不同；

汇聚模块，设置于从分光移频模块出射的至少两束光的光路上，用于对至少两束光进行汇聚后入射至待测目标上，且两束光在待测目标上相交，并接收被待测目标散射返回的激光，使返回的激光进入激光器，以对激光器的输出激光的光强进行调制；

信号检测模块，设置于从激光器出射的偏振激光的光路上，用于对激光器输出激光的光强进行检测并转换为电信号；

信号处理模块，与所述信号检测模块连接，用于对信号检测模块输出的电信号进行预处理及同步相位解调，并对解调出的相位进行数据进行处理及计算，获得离面位移及面内位移。

上述二维位移测量装置，基于激光移频回馈原理的基础上，通过形成三束不同频率的光束进入激光器中用于测量二维位移，提高了测量的精度和测量的范围，具有非接触、高分辨率等特点。

在其中一个实施例中，所述分光移频模块包括移频单元，所述移频单元用于对入射到分光移频模块的激光进行差动移频，形成频率不同的至少两束光。

在其中一个实施例中，所述分光移频模块还包括分光单元，所述分光单元用于对入射到分光移频模块的激光进行分光后，入射到移频单元。

在其中一个实施例中，所述分光单元用于将入射的激光分为透射光及反射光，所述分光移频模块设置于透射光的光路上，用于对透射光移频后入射到待测目标表面，所反射光未经移频入射到待测目标表面。