[发明专利]用于正弦相位调制干涉测量的调制度和初相位测量方法

摘要

本发明涉及正弦相位调制干涉测量的调制度和初相位测量，为提出克服正弦相位调制干涉测量中调制度测量过程繁琐的缺点的方法，具备简便易行的特点，且所求出的调制度值在原理上无误差，为此，本发明采用的技术方案是，用于正弦相位调制干涉测量的调制度和初相位测量方法，利用分光装置将激光器射出的光束分光构建迈克尔逊干涉仪，再用外调制技术或内调制技术对干涉相位进行正弦调制；光电转换模块接收调制之后的迈克逊干涉信号，经模数转换之后输入信号处理模块，提取四次谐波幅值，再进行运算解出调制度和初相位。本发明主要应用于调制干涉测量场合。

主权项

1.一种用于正弦相位调制干涉测量的调制度和初相位测量方法，其特征是，利用分光装置将激光器射出的光束分光构建迈克尔逊干涉仪，再用外调制技术或内调制技术对干涉相位进行正弦调制；光电转换模块接收调制之后的迈克逊干涉信号，经模数转换之后输入信号处理模块，提取四次谐波幅值，再进行运算解出调制度和初相位；激光器发出的光束经分光装置分成两路强度相等的光分别进入光路a和b，并在光电转换模块处发生干涉，若使用光程外调制模块对光路b的光程进行正弦调制，则在光电转换模块处接收到正弦相位调制的干涉信号；或者对半导体激光器驱动模块注入正弦调制信号，则在光电转换模块处也获得正弦相位调制的干涉信号；设正弦调制信号为：V(t)＝k·cos(ωt)                           (1)其中k为正弦电压幅值，ω为调制角频率，则光电转换模块处接收到的正弦相位调制干涉信号S(t)表达式为：S(t)＝A+Bcos(zcos(ωt)+α(t))                    (2)其中A为干涉背景光强，B为干涉对比度；z为相位调制度，与调制信号幅度k、传光介质折射率因素有关；α(t)为光路a和光路b的初始相位差，与两光路光程差异有关，将S(t)按贝塞尔函数展开，得到：其中J_2m(z)为2m阶第一类贝塞尔函数，J_2n+1(z)为2n+1阶第一类贝塞尔函数，S(t)经模数转换模块转换为数字信号，并分别与调制信号以及二倍频模块、三倍频模块、四倍频模块产生的四次谐波载波信号相乘，分别经低通滤波模块之后得到四次谐波幅值，其中，i次谐波载波信号为：C_i(t)＝cosiωt i＝1,2,3,4                     (4)低通滤波得到的i次谐波幅值为：第一类贝塞尔函数有如下递推公式:给式(6)的式子两边同时乘以Bsinα，可得：把式(5)带入式(7)中，可得联立(8)式两个方程，解得调制度和初相位的值分别为：其中初相位的符号由式(8)来决定，因此，只要将低通滤波之后的四次谐波幅值I₁‑I₄输入数值计算模块中完成式(9)所示数值计算，即求得调制度和初相位的值，用于系统后续的位移和形貌求解以及相位补偿。