[发明专利]双波长超外差干涉大量程高精度实时位移测量系统与方法

权利要求书

1.一种双波长超外差干涉大量程高精度实时位移测量系统，其特征在于：

两个激光器（1、2）发出两束不同波长的激光，每束激光分别经过各自的四分之一波片后入射到偏振分光棱镜分为水平偏振和垂直偏振的两路：其中水平偏振的一路依次经过声光调制器和反射镜后反射，垂直偏振的一路经过反射镜后反射，两个反射镜各自的反射光入射到分光棱镜合束输出，合束光含有频率不同且偏振方向不同的两路输出光；

两路输出光入射到第三分光棱镜（16）合束并发生分束：分束后的一部分光经过第一偏振片（17）到达第一光电探测器（18），作为双波长超外差干涉的参考信号；分束后的另一部分光入射到第三偏振分光棱镜（19）发生反射和透射，分成垂直偏振和水平偏振的两路；

经第三偏振分光棱镜（19）反射出的一路垂直偏振的光经过第四四分之一波片（23）被参考反射镜（24）反射后再次经过第四四分之一波片（23）变为水平偏振光并回到第三偏振分光棱镜（19）；经第三偏振分光棱镜（19）透射出的一路水平偏振的光经过第三四分之一波片（20）被被测反射镜（21）反射后再次经过第三四分之一波片（20）变为垂直偏振光并回到第三偏振分光棱镜（19），被测反射镜（21）固定在被测物（22）表面；

回到第三偏振分光棱镜（19）的两路激光在第三偏振分光棱镜（19）合束后入射到第四分光棱镜（26），发生反射和透射分束；透射的一部分经过第二偏振片（25）被第二光电探测器（27）接收作为双波长超外差干涉的测量信号；反射的一部分经过超窄带滤波片（28）后再经第三偏振片（29）被第三光电探测器（30）接收，第四光电探测器（31）置于第三光电探测器（30）旁；第一、第二光电探测器（18、27）和第三、第四光电探测器（30、31）均经信号处理电路连接到上位机（42）。

2.根据权利要求1所述的一种双波长超外差干涉大量程高精度实时位移测量系统，其特征在于：所述的信号处理电路具体包括第一低噪声放大器（32）、第二低噪声放大器（33）、第一自混频器（34）、第二自混频器（35）、第一带通滤波器（36）、第二带通滤波器（37）、第一相关测相器（38）、模数转换模块（39）、差分放大器（40）和第二相关测相器（41）；第一光电探测器（18）依次经第一低噪声放大器（32）、第一自混频器（34）和第一带通滤波器（36）连接到第一相关测相器（38），第二光电探测器（27）依次经第二低噪声放大器（33）、第二自混频器（35）、第二带通滤波器（37）连接到第一相关测相器（38），第三光电探测器（30）和第四光电探测器（31）均依次经差分放大器（40）连接到第二相关测相器（41），第一相关测相器（38）和第二相关测相器（41）均经模数转换模块（39）连接到上位机（42）。

3.根据权利要求1所述的一种双波长超外差干涉大量程高精度实时位移测量系统，其特征在于：所述的两个激光器发出不同波长的激光，两束激光的波长差为Δλ。

4.根据权利要求1所述的一种双波长超外差干涉大量程高精度实时位移测量系统，其特征在于：所述的两个激光器发出的光为不同波长的线偏振光，经过四分之一波片后变为两束圆偏振光，每束圆偏振光经过偏振分光棱镜后分别分束为两束偏振方向互相垂直的线偏振光。

5.根据权利要求1所述的一种双波长超外差干涉大量程高精度实时位移测量系统，其特征在于：所述的两个声光调制器的调制频率不同。

6.根据权利要求1所述的一种双波长超外差干涉大量程高精度实时位移测量系统，其特征在于：所述的第一、第二光电探测器的带宽大于声光调制器的调制频率。

7.根据权利要求1所述的一种双波长超外差干涉大量程高精度实时位移测量系统，其特征在于：所述的超窄带滤波片的中心波长与两个激光器发出的两束光中较小的波长相同，半高全宽小于Δλ/2。

8.根据权利要求1所述的一种双波长超外差干涉大量程高精度实时位移测量系统，其特征在于：所述的第三、第四光电探测器放置位置紧邻且朝向相同，以实现与环境光的差分。