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線性調(diào)頻多光束激光外差測量玻璃厚度的裝置及方法
【專利摘要】線性調(diào)頻多光束激光外差測量玻璃厚度的裝置及方法，屬于精密玻璃厚度測量【技術(shù)領(lǐng)域】。解決了現(xiàn)有激光外差信號頻譜解調(diào)后只能得到單一的待測參數(shù)值，導(dǎo)致測量玻璃厚度的誤差大的問題。本發(fā)明的調(diào)頻激光器發(fā)射的激光經(jīng)二號反射鏡反射后入射至一號反射鏡，經(jīng)一號反射鏡反射后的光束入射至平面玻璃；該入射光經(jīng)平板玻璃的前表面與平板玻璃的后表面多次反射后獲得多束反射光，該多束反射光經(jīng)平板玻璃透射之后經(jīng)會聚透鏡匯聚至光電探測器的光敏面上；經(jīng)光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的電流信號發(fā)送至濾波器經(jīng)濾波器的濾波后信號輸出至前置放大器，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后發(fā)送至數(shù)字信號處理器。本發(fā)明適用于測量玻璃厚度。
【專利說明】線性調(diào)頻多光束激光外差測量玻璃厚度的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于精密玻璃厚度測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]精密玻璃厚度測量是工程領(lǐng)域一直需要面對和解決的問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，厚度測量方法不斷的推陳出新，包括光學(xué)測量法、干涉測量法和衍射法等。利用這些方法一般都不能達(dá)到高準(zhǔn)確度角度測量的要求。
[0003]由于光學(xué)測厚由于具有非接觸性、精度高和結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)而備受人們的重視，因此使用光學(xué)測厚的方法得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而在光學(xué)測量法中，激光外差測量技術(shù)繼承了激光外差技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前超高精度測量方法之一，但傳統(tǒng)的激光外差信號頻譜解調(diào)后只能得到單一的待測參數(shù)值，測量玻璃厚度的誤差大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有激光外差信號頻譜解調(diào)后只能得到單一的待測參數(shù)值，導(dǎo)致測量玻璃厚度的誤差大的 問題。提出了線性調(diào)頻多光束激光外差測量玻璃厚度的裝置及方法。
[0005]線性調(diào)頻多光束激光外差測量玻璃厚度的裝置，該裝置包括數(shù)字信號處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、前置放大器、濾波器、光電探測器、會聚透鏡、平板玻璃、一號反射鏡、二號反射鏡和調(diào)頻激光器；
[0006]調(diào)頻激光器發(fā)射的激光經(jīng)二號反射鏡反射后入射至一號反射鏡，經(jīng)一號反射鏡反射后的光束入射至平面玻璃；該入射光經(jīng)平板玻璃的前表面與平板玻璃的后表面多次反射后獲得多束反射光，該多束反射光經(jīng)平板玻璃透射之后經(jīng)會聚透鏡匯聚至光電探測器的光敏面上；
[0007]經(jīng)光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的電流信號輸出端連接濾波器的信號輸入端，濾波器的濾波后信號輸出端連接前置放大器的信號輸入端，前置放大器的放大信號輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端連接數(shù)字信號處理器的信號輸入端。
[0008]線性調(diào)頻多光束激光外差測量玻璃厚度的方法，該方法的具體步驟為:
[0009]步驟一、采用調(diào)頻激光器發(fā)射激光，激光經(jīng)一號反射鏡和二號反射鏡兩次反射后斜射至平板玻璃；同時記錄光束斜射至平板玻璃的入射角Θ ^ ;并測量調(diào)頻激光器發(fā)射激光的到入射平板玻璃之間的光程1，計(jì)算平板玻璃的入射光場E (t)、反射光場E1 (t)和經(jīng)平板玻璃透射的光在不同時刻被平板玻璃多次反射的光場E2 (t)、E3 (t)、…、Em(t)...；
[0010]入射光場的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
[0011]E (t) = E0exp {i (ω 0t+kt2)} (1-1)
AF
[0012]其中，灸=1^為調(diào)頻帶寬的變化率，T為調(diào)頻周期，Λ F為調(diào)頻帶寬；EQ為入射光場振幅，t為時間，Otl為光場角頻率；i是虛數(shù)單位；
[0013]根據(jù)公式(1-1)獲得t-1/c時刻到達(dá)平板玻璃前表面的反射光場為:
【權(quán)利要求】
1.線性調(diào)頻多光束激光外差測量玻璃厚度的裝置，其特征在于，該裝置包括數(shù)字信號處理器⑴、A/D轉(zhuǎn)換器⑵、前置放大器(3)、濾波器⑷、光電探測器(5)、會聚透鏡(6)、平板玻璃(7)、一號反射鏡(8)、二號反射鏡(9)和調(diào)頻激光器(10)； 調(diào)頻激光器(10)發(fā)射的激光經(jīng)二號反射鏡(9)反射后入射至一號反射鏡(8)，經(jīng)一號反射鏡(8)反射后的光束入射至平面玻璃(7);該入射光經(jīng)平板玻璃(7)的前表面與平板玻璃(7)的后表面多次反射后獲得多束反射光，該多束反射光經(jīng)平板玻璃(7)透射之后經(jīng)會聚透鏡(6)匯聚至光電探測器(6)的光敏面上； 經(jīng)光電探測器(5)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的電流信號輸出端連接濾波器(4)的信號輸入端，濾波器(4)的濾波后信號輸出端連接前置放大器(3)的信號輸入端，前置放大器(3)的放大信號輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器(2)的模擬信號輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器(2)的數(shù)字信號輸出端連接數(shù)字信號處理器(I)的信號輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性調(diào)頻多光束激光外差測量玻璃厚度的裝置，其特征在于，濾波器(4)是低通濾波器。
3.線性調(diào)頻多光束激光外差測量玻璃厚度的裝置測量玻璃厚度的方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: 步驟一、采用調(diào)頻激光器(10)發(fā)射激光，激光經(jīng)一號反射鏡(8)和二號反射鏡(9)兩次反射后斜射至平板玻璃(7);同時記錄光束斜射至平板玻璃(7)的入射角Gtl;并測量調(diào)頻激光器(10)發(fā)射激光的到入射平板玻璃(7)之間的光程1，計(jì)算平板玻璃(7)的入射光場E(t)、反射光場E1U)和經(jīng)平板玻璃透射的光在不同時刻被平板玻璃多次反射的光場E2(t)、E3(t)、...、Em(t)...； 入射光場的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
E (t) = E0exp {i (ω 0t+kt2)} (1-1) 其中，& = f為調(diào)頻帶寬的變化率，T為調(diào)頻周期，Λ F為調(diào)頻帶寬為入射光場振幅，t為時間，ω。為光場角頻率；i是虛數(shù)單位； 根據(jù)公式(1-1)獲得t-1/c時刻到達(dá)平板玻璃前表面的反射光場為:
【文檔編號】G01B11/06GK103940354SQ201410206121
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】李彥超, 冉玲苓, 楊九如, 高揚(yáng), 柳春郁, 楊瑞海, 杜軍, 丁群, 王春暉, 馬立峰, 于偉波 申請人:黑龍江大學(xué)