線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置及方法
【專利摘要】線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置及方法，屬于光學(xué)測量【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有玻璃厚度的測量方法，由于只能得到單一的待測參數(shù)值，造成測量結(jié)果誤差大的問題。裝置包括包括待測平板玻璃、線性調(diào)頻激光器、第一平面反射鏡、第二平面反射鏡、會聚透鏡、光電探測器和信號處理系統(tǒng)；方法首先打開線性調(diào)頻激光器，使其發(fā)出線偏振光，并使光電探測器開始接收光束信號，數(shù)字信號處理器DSP連續(xù)采集光電探測器輸出的電信號，并對采集到的差頻信號進(jìn)行處理，根據(jù)頻率與厚度的關(guān)系，獲得待測平板玻璃的厚度。本發(fā)明用于測量玻璃厚度。
【專利說明】線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置及方法，屬于光學(xué)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)域一直在面對并欲解決的問題。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，其中包括光學(xué)測量法、干涉測量法和衍射法等。但是這些方法的測量精度有限，很難滿足高精度厚度測量的需求。
[0003]光學(xué)測厚由于具有非接觸性、精度高和結(jié)構(gòu)簡單等特點而備受人們的重視，使用光學(xué)方法進(jìn)行厚度的測量得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在光學(xué)測量方法中，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，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，使玻璃厚度的測量結(jié)果誤差大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有玻璃厚度的測量方法，由于只能得到單一的待測參數(shù)值，造成測量結(jié)果誤差大的的問題，提供了一種線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置及方法。
[0005]本發(fā)明所述線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置，它包括待測平板玻璃，它還包括線性調(diào)頻激光器、第一平面反射鏡、第二平面反射鏡、會聚透鏡、光電探測器和信號處理系統(tǒng)，
[0006]線性調(diào)頻激光器發(fā)出的線偏振光經(jīng)第一平面反射鏡和第二平面反射鏡反射后，斜入射至待測平板玻璃的前表面，經(jīng)待測平板玻璃前表面透射的光束被待測平板玻璃的后表面反射后，與經(jīng)待測平板玻璃前表面反射的光束共同被會聚透鏡匯聚到光電探測器的光敏面上，光電探測器將接收的光束信號轉(zhuǎn)換后獲得電信號，光電探測器輸出電信號給信號處理系統(tǒng)，信號處理系統(tǒng)用于對接收的電信號進(jìn)行處理，獲得待測平板玻璃的厚度d。
[0007]所述信號處理系統(tǒng)由濾波器、前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理器DSP組成，
[0008]光電探測器輸出電信號給信號處理系統(tǒng)的濾波器，經(jīng)濾波器濾波后傳送給前置放大器，前置放大器將接收的信號放大后輸出模擬信號給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后發(fā)送給數(shù)字信號處理器DSP，數(shù)字信號處理器DSP對接收到的數(shù)字信號進(jìn)行處理，獲得待測平板玻璃的厚度d。
[0009]采用上述線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置實現(xiàn)線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的方法，該方法的過程為:
[0010]首先，打開線性調(diào)頻激光器，使其發(fā)出線偏振光，并使光電探測器開始接收光束信號，數(shù)字信號處理器DSP連續(xù)采集光電探測器輸出的電信號，并對采集到的差頻信號進(jìn)行處理，根據(jù)頻率與厚度的關(guān)系:
[0011]f = Kd,
[0012]獲得待測平板玻璃的厚度d:
[0013]d = f/K,
[0014]式中f為外差信號的頻率，K為比例系數(shù)。
[0015]待測平板玻璃的厚度d獲得的具體過程為:
[0016]設(shè)定第二平面反射鏡反射后的光束以入射角Qtl斜入射至待測平板玻璃的前表面，此時光電探測器接收的光束信號的總光％ΕΣα)為:
[0017]Es (t) = E1 (t)+E2(t)+...+Em(t), m 為大于 I 的正整數(shù)；
[0018]式中E1U)為t-1/c時刻到達(dá)待測平板玻璃前表面并被該前表面反射的反射光的光場，按以下公式獲得:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置，它包括待測平板玻璃(1)，其特征在于，它還包括線性調(diào)頻激光器(2)、第一平面反射鏡(3)、第二平面反射鏡(4)、會聚透鏡(5)、光電探測器(6)和信號處理系統(tǒng)(7)， 線性調(diào)頻激光器(2)發(fā)出的線偏振光經(jīng)第一平面反射鏡(3)和第二平面反射鏡(4)反射后，斜入射至待測平板玻璃(1)的前表面，經(jīng)待測平板玻璃(1)前表面透射的光束被待測平板玻璃(1)的后表面反射后，與經(jīng)待測平板玻璃(1)前表面反射的光束共同被會聚透鏡(5)匯聚到光電探測器(6)的光敏面上，光電探測器(6)將接收的光束信號轉(zhuǎn)換后獲得電信號，光電探測器(6)輸出電信號給信號處理系統(tǒng)(7)，信號處理系統(tǒng)(7)用于對接收的電信號進(jìn)行處理，獲得待測平板玻璃(1)的厚度d。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置，其特征在于，所述信號處理系統(tǒng)(7)由濾波器(7-1)、前置放大器(7-2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(7-3)和數(shù)字信號處理器DSP (7-4)組成， 光電探測器(6)輸出電信號給信號處理系統(tǒng)(7)的濾波器(7-1)，經(jīng)濾波器(7-1)濾波后傳送給前置放大器(7-2)，前置放大器(7-2)將接收的信號放大后輸出模擬信號給模數(shù)轉(zhuǎn)換器(7-3)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(7-3)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后發(fā)送給數(shù)字信號處理器DSP (7-4)，數(shù)字信號處理器DSP (7-4)對接收到的數(shù)字信號進(jìn)行處理，獲得待測平板玻璃(1)的厚度d。
3.采用權(quán)利要求2所述線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的裝置實現(xiàn)線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的方法，其特征在于，該方法的過程為: 首先，打開線性調(diào)頻激光器(2)，使其發(fā)出線偏振光，并使光電探測器(6)開始接收光束信號，數(shù)字信號處理器DSP(7-4)連續(xù)采集光電探測器(6)輸出的電信號，并對采集到的差頻信號進(jìn)行處理，根據(jù)頻率與厚度的關(guān)系:f = Kd, 獲得待測平板玻璃(1)的厚度d: d = f/K, 式中f為外差信號的頻率，K為比例系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的方法，其特征在于， 待測平板玻璃(1)的厚度d獲得的具體過程為: 設(shè)定第二平面反射鏡(4)反射后的光束以入射角Θ ^斜入射至待測平板玻璃(1)的前表面，此時光電探測器(6)接收的光束信號的總光場ΕΣ (t)為:
Ee (t) = E1 (t) +E2 (t) +...+Em (t)，m 為大于 1 的正整數(shù)； 式中EJt)為t-1/c時刻到達(dá)待測平板玻璃(1)前表面并被該前表面反射的反射光的光場，按以下公式獲得:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的線性調(diào)頻多光束激光外差二次諧波法測量玻璃厚度的方法，其特征在于，COS Θ的結(jié)果通過多光束激光外差二次諧波信號頻譜中兩個頻譜曲線中心頻率的比值ζ獲得:ζ = COS Θ O
【文檔編號】G01B11/06GK103940353SQ201410206058
【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, 楊九如, 冉玲苓, 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(xué)