[发明专利]一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置和方法

说明书

本发明适用于光电测量技术领域，涉及一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置和方法。该装置将激光器发射的激光束经过分光处理，并使用两个单模保偏光纤产生两个具备干涉条件的点衍射光源，两个光纤的出射端并排对齐设置在光纤固定环内形成探头，使得其形成的两个点衍射光源的出射光线平行，进而在空间内形成干涉的条纹图像，偏振相机采集到两个时刻的条纹图像后，经过计算设备的分析可以确定两个时刻件该被测对象的偏移情况，探头与被测对象固定连接，可以实现对被测对象的振动偏移量的测量，亚波长量级孔径的单模保偏光纤具备较大孔径角范围和较高光能量，能够有效地提高低频振动测量的精度，可用于对存在振动影响的测量仪器的校准。

技术领域

本发明适用于光电测量技术领域，涉及一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置和方法。

背景技术

目前，随着对振动传感器等对振动较为敏感设备的测量精度要求的提高，对于该类设备的高精度振动校准成为亟待解决的问题。当前针对该类设备的校准方法主要有激光干涉法、比较法、地球重力法和机器视觉法等，然而这些方法通常只能测量一个方向的振动，无法实时测量振动台三个方向的振动，难以实时评估振动台横向振动和重力分量的影响，制约了低频振动校准效果的提升。采用点衍射干涉技术可以实现空间三维坐标的测量，点衍射干涉是通过将点衍射波前作为高精度球面波前，一部分由被测面反射作为检测波前，另一部分作为参考波前，两者经透镜成像发生干涉，由CCD探测器接收干涉条纹，通过分析干涉条纹计算被测面的误差。但是采用点衍射干涉技术时需要使用针孔点衍射源或者采用单模光纤点衍射源，针孔点衍射源的尺寸可以加工到亚波长量级，可得到较大孔径角的点衍射波前，但其光耦合效率较低(0.1‰)，对应衍射光能量较低，单模光纤点衍射源的光耦合效率较高(10％)，可以得到较高的衍射光能量，但受纤芯尺寸限制(直径为2-3μm)，其点衍射波前孔径角较小(对应数值孔径NA0.20)，因而无法同时满足测量对于点衍射波前的高球面精度、大孔径角范围以及较高光能量的需求。

发明内容

基于此，本发明提供一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置和方法，用以解决现有的点衍射光源的孔径范围和光能量不足，导致的低频振动测量精度较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明中基于点衍射干涉的低频振动测量装置的技术方案如下：

一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置，包括：光路部分、探头部分和测试部分；

所述光路部分包括：激光器、第一光路和第二光路，所述激光器产生的激光束经过线偏振处理后射入偏光分光棱镜产生p光和s光，p光依次经过第一1/4波片和第一耦合器进入第一单模保偏光纤，形成所述第一光路，s光依次经过第二1/4波片和第二耦合器进入第二单模保偏光纤，形成所述第二光路，所述第一单模保偏光纤和所述第二单模保偏光纤的出光孔径均为亚波长量级；

所述探头部分包括：光纤固定环，所述第一单模保偏光纤与所述第二单模保偏光纤并排设置在所述光纤固定环内，所述第一单模保偏光纤的出射端和所述第二单模保偏光纤的出射端为对齐设置，且均从所述光纤固定环的入口进入指向其出口，所述探头部分用于固定安装在被测对象上；

所述测试部分包括：偏振相机和计算设备，所述偏振相机与所述探头部分相对设置，用于采集所述第一单模保偏光纤的出射光线与所述第二单模保偏光纤的出射光线干涉形成的条纹图像，所述计算设备连接所述偏振相机，用于对所述偏振相机采集的至少两个时刻的条纹图像进行分析，得到任意两个时刻间所述被测对象的振动偏移量。

可选的是，所述第一单模保偏光纤和所述第二单模保偏光纤的出射端均为使用熔拉法拉制的锥形针尖，所述锥形针尖的锥面包裹有金属膜。

可选的是，所述金属膜的材料为铬金属。

可选的是，所述第一单模保偏光纤的锥形针尖的针头与所述第二单模保偏光纤的锥形针尖的针头均与所述光纤固定环的出口所在的面为共面设置。