[发明专利]一种基于涡旋光干涉图样精密位移检测系统

权利要求书

1.一种基于涡旋光干涉图样精密位移检测系统，其特征在于，干涉图样生成模块包括：He-Ne激光器产生的光束经空间光调制器转换为携带轨道角动量的涡旋光束，经分光镜进入迈克尔逊干涉仪的测量臂和参考臂，测量臂中光束由平面镜M2直接回射到分光镜，参考臂光束经角锥棱镜M1反射到分光镜，获得具有相反拓扑荷数的涡旋光束，两束共轭涡旋光束在分光镜处重合并发生干涉，获得中心对称沿圆周分布的花瓣状干涉条纹；

干涉图样生成模块通过光电二极管与信号处理模块连接至单片机处理模块中；

所述的光电二极管采用4个光电二极管按特定角度差进行布局，确保采集到的光电信号具有相位差；

被测平面镜M2进行直线微位移运动，花瓣状干涉图样绕中心旋转，使用光电二极管测量涡旋干涉图的旋转角度，将光信号转换为光电流信号后，传输至硬件信号处理模块处理，最后将数据采集进单片机软件处理模块，计算得出精密位移量。

2.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉图样精密位移检测系统，其特征在于，所述的信号处理模块包括电流电压转换单元、隔直处理单元、差分放大单元、正交化单元、归一化单元、低通滤波单元以及辨向细分单元，其中，

电流电压转换单元为通过跨阻放大器将光电流信号转换为光电压信号；

隔直处理单元为通过电阻电容构建的高通网络滤除直流分量，在电流电压转换电路的输出端接电阻电容构成的隔直网络，隔离直流信号；

差分放大单元为将4路电压信号中相位相差180°的2路信号分别接入2个差分放大电路的正负输入端，通过差分放大消除共模干扰，使4路信号变为2路电压信号；

正交化单元为将2路信号通过正交化电路进行正交，抑制信号非正交误差；

归一化单元为将正交化之后的2路信号进行归一化处理，抑制信号不等幅误差；

低通滤波单元为使用低通滤波器进行滤波，滤除高频干扰；

辨向细分单元为通过将上述正弦信号转换为方波信号，比较两路信号的上升沿信息，获取方向信号，并且提取边沿实现硬件细分。

3.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉图样精密位移检测系统，其特征在于，

所述的光电二极管的布局为：

通过调整涡旋散斑干涉结构中的空间光调制器(SLM)改变拓扑荷数进而改变干涉图样的花瓣个数，已知确定的拓扑荷数，通过计算得到光电二极管布局时存在的角度差，

QUOTE (1)

其中， QUOTE 为角度差， QUOTE 为干涉图样中的花瓣个数。

4.根据权利要求1所述的一种基于涡旋光干涉图样精密位移检测系统，其特征在于，所述的光电二极管通过DB9接口线连接至信号处理模块。

5.根据权利要求2所述的一种基于涡旋光干涉图样精密位移检测系统，其特征在于，所述的电流电压转换电路采用跨阻放大式结构，将运放的反馈电阻作为光电二极管的负载电阻，将光电流转换为电压信号；跨阻放大器的带宽为

(2)。

6.根据权利要求书1所述的基于涡旋光干涉图样精密位移检测系统，其特征在于，所述的单片机处理模块包括AD采样单元、软件细分单元、数据处理单元以及LCD显示单元，其中，

AD采样单元为将信号处理模块中滤波后的正余弦信号通过AD采集到单片机；

软件细分单元为将两路数字信号进行卦限细分，再在卦限内部进一步计算当前角度值；

数据处理单元为将软件细分单元获取的角度信号与信号处理模块的辨向细分单元获取的硬件细分数据进行计算得到精确的旋转角度值，并计算出微位移量及位移方向；

LCD显示单元为将微位移量大小及方向送到LCD上实时显示。