[发明专利]线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置及方法

摘要

线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置及方法，属于精密玻璃厚度测量技术领域。解决了现有玻璃厚度测量方法仍然存在测量精度差的问题。本发明采用调频激光器发射激光，通过一号反射镜和二号反射镜发射后发射至平板玻璃，再经会聚透镜汇聚到光电探测器的光感面上，经光电探测器转换后的电信号经滤波器、前置放大器和A/D转换器后发送至数字信号处理器，经数字信号处理器的处理后获得玻璃厚度。本发明适用于测量玻璃厚度。

主权项

线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置测量玻璃厚度的方法，该方法基于线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置实现，该装置包括数字信号处理器(1)、A/D转换器(2)、前置放大器(3)、滤波器(4)、光电探测器(5)、会聚透镜(6)、平板玻璃(7)、一号反射镜(8)、二号反射镜(9)和调频激光器(10)；调频激光器(10)发射的激光经二号反射镜(9)反射后入射至一号反射镜(8)，经一号反射镜(8)反射后的光束入射至平面玻璃(7)；该入射光经平板玻璃(7)的前表面与平板玻璃(7)的后表面多次反射后获得多束反射光，该多束反射光经平板玻璃(7)透射之后经会聚透镜(6)汇聚至光电探测器（5）的光敏面上；经光电探测器(5)进行光电转换后的电流信号输出端连接滤波器(4)的信号输入端，滤波器(4)的滤波后信号输出端连接前置放大器(3)的信号输入端，前置放大器(3)的放大信号输出端连接A/D转换器(2)的模拟信号输入端，A/D转换器(2)的数字信号输出端连接数字信号处理器(1)的信号输入端；其特征在于，该方法适用于在恶劣测量环境中，该方法的具体步骤为：步骤一、采用调频激光器(10)发射激光，激光经一号反射镜(8)和二号反射镜(9)两次反射后斜射至平板玻璃(7)；同时记录光束斜射至平板玻璃(7)的入射角θ0；并测量调频激光器(10)发射激光的到入射平板玻璃(7)之间的光程l，计算平板玻璃(7)的入射光场E(t)、反射光场E1(t)和经过平板玻璃后表面反射后透射出前表面的光场E2(t)；入射光场的数学表达式为：E(t)＝E0exp{i(ω0t+kt2)}              (1‑1)其中，为调频带宽的变化率，T为调频周期，ΔF为调频带宽；E0为入射光场振幅，t为时间，ω0为光场角频率；i是虚数单位；根据公式(1‑1)获得t‑l/cc时刻到达平板玻璃前表面的反射光场为：根据公式(1‑1)获得t‑l/c时刻经过平板玻璃后表面反射后透射出前表面的光场表达式为：其中，α和α1分别为平板玻璃的反射系数和透射系数，d为平板玻璃厚度，θ为入射光折射角，n为平板玻璃折射率，c为光速；步骤二、激光经平板玻璃(7)折射发射后，经会聚透镜(6)会聚至光电探测器(5) 的感光面上，计算光电探测器(5)接收到的总光场；光电探测器接收到的总光场表示为：E′(t)＝E1(t)+E2(t)              (4‑1)则光电探测器输出的光电流表示为：其中，e为电子电量，Z为探测器表面介质的本征阻抗，η为量子效率，D为探测器光敏面的面积，h为普朗克常数，v为激光频率，*号表示复数共轭；步骤三、经光电探测器(5)的光电转换后获得电流信号经滤波器(4)进行低通滤波；获得滤波后的中频电流信号：将(2‑1)式和(3‑1)式代入(6‑1)式，结果为：步骤四、对步骤三中的中频电流信号中的频率差进行傅里叶变换，获得频率差信号的频率与平板玻璃厚度d的比例关系式，进而获得平板玻璃厚度d；频率差信号的频率与平板玻璃厚度成正比的比例系数K为：。