CN119437056A 一种基于超声光栅的高精度位移测量系统及方法 （中国科学院长春光学精密机械与物理研究所）

一种基于超声光栅的高精度位移测量系统光材料后形成多阶衍射光的干涉信息获得待测2其中，所述超声光栅单元包括用于提供超声波的电声换能所述光信号处理单元用于接收并合束探测光穿过所述声光材料后形成的多阶衍射光，6.一种基于超声光栅的高精度位移测量方法，其特征根据光信号处理单元采集的干涉信息计算多阶衍射光的多普勒频供的探测光垂直射入所述声光材料时，所述光信号处理单元采集+1阶衍射光和-1阶衍射;i表示干涉信号的强度，表示待测目标位移后+l阶衍射光的复振幅，E波的频率；v.表示待测目标位移后+l阶衍射光的多普勒频移变化量，.表示待测目标位移后-1阶衍射光的多普勒频移变化量；3;处理单元采集0阶衍射光和-1阶衍射光时，所述光信号处理单元采集0阶衍射光和-1阶衍;i待测目标位移后阶衍射光的复振幅，t表示时间，f表示所述电声换能器提供超声波的;;待测目标位移后+l阶衍射光的复振幅，t表示时间，f表示所述电声换能器提供超声频率；v.表示待测目标位移后+l阶衍射光的多普勒频移变化量；;4[0002]现阶段高精度位移测量技术主要包括激光干涉测量法和[0003]现有光栅干涉仪的量程扩展依赖大尺寸光栅，但是大尺[0004]有鉴于此，本发明创造旨在提供一种基于超声光栅的高精度位移测量系统及方5光和-1阶衍射光的干涉信号为：;i示待测目标位移后阶衍射光的复振幅，t表示时间，f表示电声换能器提供超声波的频率；v.表示待测目标位移后+l阶衍射光的多普勒频移.表示待测目标位移后-1阶衍射光的多普勒频移变化量；;阶衍射光和-1阶衍射光的干涉信号为：;i6;阶衍射光和+l阶衍射光的干涉信号为：;表示待测目标位移后+l阶衍射光的复振幅，t表示时间，f表示电声换能器提供超频率；v.表示待测目标位移后+l阶衍射光的多普勒频移变化量；;7中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的8[0025]光信号处理单元B用于接收并采集由光源1射出经过超声光栅单元A后形成的多阶其同样射向合束棱镜6。+1阶衍射光和-1阶衍栅的高精度位移测量系统进行位移测量的方法包括以;[0030]根据电声换能器3发出的超声波的波长和探测光的波长可以获得+l阶衍射光和-1阶衍射光的衍射角方程为：9;;上式中表示待测目标静止时+l阶衍射光的复振幅，表示待测目标静止[0032]通过待测目标静止时，+1阶衍射光和-1阶衍射光的复振幅公式可知，超声波的行波特性会导致+l阶衍射光和-1阶衍射光的频率发生改变。因此，当待测目标移动一定距离后，会给+1阶衍射光和-1阶衍射光带来额外的光栅多普勒频移变化量，多普勒频移;其中，v.表示待测目标位移后+l阶衍射光的多普勒频移变化量，.表示待。[0034]由+1阶衍射光和-1阶衍射光的复振幅可知，+1阶衍射光和-1阶衍射光分别被第二反射镜5和第一反射镜4反射向合束棱镜6，+1阶衍射光和-1阶衍射光经过合束棱镜6合束后，在探测器7的靶面上形成稳定干涉，探测器7采集+l阶衍射光和-1阶衍射光的干;上式中，表示干涉信号的强度，E.表示待测目标位移后+l阶衍射光的复振。栅的高精度位移测量系统进行参数测量，此时射入声光材料2的超声波为待测的未知超声[0038]在超声光栅单元A静止时，由探测器7采集+1阶衍射光和-1阶衍射光的干涉信号I'为：。;;.后。[0042]通过本发明实施例提出的基于超声光栅的高精度位移测量系统可以实现未知超[0044]相应的，光信号处理单元B中的第一反射镜4设置在+l阶衍射光或-1阶衍射光的[0045]上述通过+l阶衍射光和0阶衍射光的干涉信息，或-1涉信息进行位移测量的过程完全相同，以下仅以衍射获得-1阶衍射光和0阶衍射光为例进。;给_1阶衍射光带来额外的光栅多普勒频移变化量，而0阶衍射光没有附加多普勒频移变化;o,表示待测目标位移后0阶衍射光的多普勒频移变化量，表示待测目标位移后-1阶衍射光的多普勒频移变化量.;上式中表示待测目标移动后-1阶衍射光的复振幅。。。测器7采集获得0阶衍射光和+l阶衍射光的干涉信号I为：待测目标沿X轴方向的位移量S:的计算式为：