[发明专利]一种三自由度激光干涉测量装置

说明书

本发明公开了一种三自由度激光干涉测量装置，包括：依次设置的激光发射模块、激光分束模块、干涉信号生成模块和信号处理模块，干涉信号生成模块包括并行设置的第一、第二干涉信号生成模块；激光发射模块发射激光光束；激光分束模块将激光光束分为频率不同的两个子光束；两个子光束进入第一干涉信号生成模块的两个空间分离光路，分别得到第一测量光和第一参考光并形成第一干涉信号；两个子光束同时进入第二干涉信号生成模块的两个空间分离光路，分别得到第二测量光和第二参考光并形成第二干涉信号；信号处理模块对第一、第二干涉信号进行处理得到待测目标的俯仰角、偏航角和纵向位移。本发明能显著降低光学非线性误差，得到高精度的三自由度值。

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，尤其是涉及一种三自由度激光干涉测量装置。

背景技术

测量是一切科学研究和工业生产的基础，精密测量是指以毫米级或更高精度进行的测量。随着纳米级超精密加工技术的兴起，对超精密检测的精度提出了新的挑战，纳米级甚至亚纳米级的测量精度要求，使得传统的接触式测量技术因为实时性较差，容易损坏测量元件等缺陷无法胜任。

激光干涉位移测量技术是一种以激光波长为标尺，通过干涉光斑的频率、相位变化来感知位移信息的测量技术，它因具有非接触、高精度、高动态、测量结果可直接溯源等特点被广泛应用于材料几何特性表征、精密传感器标定、精密运动测试与高端装备集成等场合。

但在实际测量过程中，待测目标并不能做理想的单轴运动，其运动过程中往往伴随着姿态变化和横向位移，由此引起的测量误差会极大地限制单自由度激光干涉仪的测量精度。为了解决这一问题，激光干涉测量装置从单自由度位移测量向三自由度位移-角度同步测量的方向发展，但现有激光干涉测量装置中光学元件繁多、结构复杂、调装难度大。

发明内容

本发明的目的是提供一种三自由度激光干涉测量装置，以解决现有现有激光干涉测量装置中光学元件繁多、结构复杂、调装难度大的技术问题。

本发明的目的，可以通过如下技术方案实现：

一种三自由度激光干涉测量装置，包括：

依次设置的激光发射模块、激光分束模块、干涉信号生成模块和信号处理模块，所述干涉信号生成模块与所述信号处理模块通信连接，所述干涉信号生成模块包括并行设置的第一干涉信号生成模块和第二干涉信号生成模块；

其中，所述激光发射模块发射激光光束至所述激光分束模块；

所述激光分束模块将所述激光光束分为频率不同的第一子光束和第二子光束并入射至所述第一干涉信号生成模块和所述第二干涉信号生成模块；

所述第一干涉信号生成模块包括第一光电探测器、光路空间分离的第一子光路和第二子光路，所述第一子光路、所述第二子光路并行设置在所述第一光电探测器的前面，所述第一子光束在所述第一子光路上形成第一测量光，所述第二子光束在所述第二子光路上形成第一参考光，所述第一参考光和所述第一测量光在所述第一光电探测器上进行干涉形成第一干涉信号；

所述第二干涉信号生成模块包括第二光电探测器、光路空间分离的第三子光路和第四子光路，所述第三子光路、所述第四子光路并行设置在所述第二光电探测器的前面，所述第一子光束在所述第三子光路上形成第二测量光，所述第二子光束在所述第四子光路上形成第二参考光，所述第二参考光和所述第二测量光在所述第二光电探测器上进行干涉形成第二干涉信号；

所述信号处理模块将所述第一干涉信号转换为干涉测量过程中的噪声本底，利用所述噪声本底对所述第二干涉信号转换后的电压信号进行噪声补偿，最终得到待测目标的俯仰角、偏航角和纵向位移。

可选地，所述激光分束模块包括：

第一分光棱镜、第一声光移频器、第二声光移频器、第一反射镜、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一准直透镜和第二准直透镜；