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線性調頻雙光束激光外差測量玻璃厚度的裝置及方法
【專利摘要】線性調頻雙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【技術領域】。解決了現有玻璃厚度測量方法仍然存在測量精度差的問題。本發明采用調頻激光器發射激光，通過一號反射鏡和二號反射鏡發射后發射至平板玻璃，再經會聚透鏡匯聚到光電探測器的光感面上，經光電探測器轉換后的電信號經濾波器、前置放大器和A/D轉換器后發送至數字信號處理器，經數字信號處理器的處理后獲得玻璃厚度。本發明適用于測量玻璃厚度。
【專利說明】線性調頻雙光束激光外差測量玻璃厚度的裝置及方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于精密玻璃厚度測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]精密玻璃厚度測量是工程領域一直需要面對和解決的問題。隨著科學技術的發展，厚度測量方法不斷的推陳出新，包括光學測量法、干涉測量法和衍射法等。利用這些方法一般都不能達到高準確度角度測量的要求。
[0003]由于光學測厚由于具有非接觸性、精度高和結構簡單等特點而備受人們的重視，因此使用光學測厚的方法得到了越來越廣泛的應用。而在光學測量法中，激光外差測量技術繼承了激光外差 技術的諸多優點，是目前超高精度測量方法之一，但是現有玻璃厚度測量方法仍然存在測量精度差。

【發明內容】

[0004]本發明為了解決現有玻璃厚度測量方法仍然存在測量精度差的問題，提出了線性調頻雙光束激光外差測量玻璃厚度的裝置及方法。
[0005]本發明所述線性調頻雙光束激光外差測量玻璃厚度的裝置，該裝置包括數字信號處理器、Α/D轉換器、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、二號反射鏡和調頻激光器；
[0006]調頻激光器發射的激光經二號反射鏡反射后入射至一號反射鏡，經一號反射鏡反射后的光束入射至平面玻璃；該入射光經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，該多束反射光經平板玻璃透射之后經會聚透鏡匯聚至光電探測器的光敏面上；
[0007]經光電探測器進行光電轉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Α/D轉換器的模擬信號輸入端，Α/D轉換器的數字信號輸出端連接數字信號處理器的信號輸入端。
[0008]線性調頻雙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、采用調頻激光器發射激光，激光經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 ^ ;并測量調頻激光器發射激光的到入射平板玻璃之間的光程1，計算平板玻璃的入射光場E (t)、反射光場E1 (t)和經過平板玻璃后表面反射后透射出前表面的光場E2 (t)；
[0010]入射光場的數學 表達式為:
[0011]E (t) = E0exp {i (ω 0t+kt2)} (1-1)
[0012]其中，t = i為調頻帶寬的變化率，T為調頻周期，Λ F為調頻帶寬；匕為入射光場振幅，t為時間，Otl為光場角頻率；i是虛數單位；[0013]根據公式(1-1)獲得t-1/cc時刻到達平板玻璃前表面的反射光場為:
[0014]
【權利要求】
1.線性調頻雙光束激光外差測量玻璃厚度的裝置，其特征在于，該裝置包括數字信號處理器⑴、Α/D轉換器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)和調頻激光器(10)； 調頻激光器(10)發射的激光經二號反射鏡(9)反射后入射至一號反射鏡(8)，經一號反射鏡(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，該多束反射光經平板玻璃(7)透射之后經會聚透鏡(6)匯聚至光電探測器(6)的光敏面上； 經光電探測器(5)進行光電轉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Α/D轉換器(2)的模擬信號輸入端，Α/D轉換器(2)的數字信號輸出端連接數字信號處理器(I)的信號輸入端。
2.根據權利要求1所述的線性調頻雙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.線性調頻雙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、采用調頻激光器(10)發射激光，激光經一號反射鏡(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;并測量調頻激光器(10)發射 激光的到入射平板玻璃(7)之間的光程1，計算平板玻璃(7)的入射光場E (t)、反射光場E1U)和經過平板玻璃后表面反射后透射出前表面的光場E2 (t)； 入射光場的數學表達式為:
E (t) = E0exp {i (ω 0t+kt2)} (1-1) 其中，6 = 1為調頻帶寬的變化率，T為調頻周期，Λ F為調頻帶寬為入射光場振幅，t為時間，Wtl為光場角頻率；i是虛數單位； 根據公式(1-1)獲得t-1/cc時刻到達平板玻璃前表面的反射光場為:石1(0 = CcEu exp)十)'] I(2-1)
CC 根據公式(1-1)獲得t-1/c時刻經過平板玻璃后表面反射后透射出前表面的光場表達式為: 「ο ?, I + 2nd cos O ^..1 + 2nd cos Θ: 2oj{)nd cos θ ? t ^ ,、 E八t) = αα:Ε, cxp i/[^,U--) + k(t--)— +~^-] j (3-1)
CCC 其中，α和CI1分別為平板玻璃的反射系數和透射系數，d為平板玻璃厚度，Θ為入射光折射角，η為平板玻璃折射率，c為光速； 步驟二、激光經平板玻璃(7)折射發射后，經會聚透鏡(6)會聚至光電探測器(5)的感光面上，計算光電探測器(5)接收到的總光場； 光電探測器接收到的總光場表示為:
E' (t) = E1 (t) +E2 (t) (4-1) 則光電探測器輸出的光電流表不為:
【文檔編號】G01B11/06GK103954224SQ201410205979
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】李彥超, 冉玲苓, 楊九如, 高揚, 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