线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置及方法
【专利摘要】线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置及方法，属于精密玻璃厚度测量【技术领域】。解决了现有玻璃厚度测量方法仍然存在测量精度差的问题。本发明采用调频激光器发射激光，通过一号反射镜和二号反射镜发射后发射至平板玻璃，再经会聚透镜汇聚到光电探测器的光感面上，经光电探测器转换后的电信号经滤波器、前置放大器和A/D转换器后发送至数字信号处理器，经数字信号处理器的处理后获得玻璃厚度。本发明适用于测量玻璃厚度。
【专利说明】线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于精密玻璃厚度测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]精密玻璃厚度测量是工程领域一直需要面对和解决的问题。随着科学技术的发展，厚度测量方法不断的推陈出新，包括光学测量法、干涉测量法和衍射法等。利用这些方法一般都不能达到高准确度角度测量的要求。
[0003]由于光学测厚由于具有非接触性、精度高和结构简单等特点而备受人们的重视，因此使用光学测厚的方法得到了越来越广泛的应用。而在光学测量法中，激光外差测量技术继承了激光外差 技术的诸多优点，是目前超高精度测量方法之一，但是现有玻璃厚度测量方法仍然存在测量精度差。

【发明内容】

[0004]本发明为了解决现有玻璃厚度测量方法仍然存在测量精度差的问题，提出了线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置及方法。
[0005]本发明所述线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置，该装置包括数字信号处理器、Α/D转换器、前置放大器、滤波器、光电探测器、会聚透镜、平板玻璃、一号反射镜、二号反射镜和调频激光器；
[0006]调频激光器发射的激光经二号反射镜反射后入射至一号反射镜，经一号反射镜反射后的光束入射至平面玻璃；该入射光经平板玻璃的前表面与平板玻璃的后表面多次反射后获得多束反射光，该多束反射光经平板玻璃透射之后经会聚透镜汇聚至光电探测器的光敏面上；
[0007]经光电探测器进行光电转换后的电流信号输出端连接滤波器的信号输入端，滤波器的滤波后信号输出端连接前置放大器的信号输入端，前置放大器的放大信号输出端连接Α/D转换器的模拟信号输入端，Α/D转换器的数字信号输出端连接数字信号处理器的信号输入端。
[0008]线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的方法，该方法的具体步骤为:
[0009]步骤一、采用调频激光器发射激光，激光经一号反射镜和二号反射镜两次反射后斜射至平板玻璃；同时记录光束斜射至平板玻璃的入射角Θ ^ ;并测量调频激光器发射激光的到入射平板玻璃之间的光程1，计算平板玻璃的入射光场E (t)、反射光场E1 (t)和经过平板玻璃后表面反射后透射出前表面的光场E2 (t)；
[0010]入射光场的数学 表达式为:
[0011]E (t) = E0exp {i (ω 0t+kt2)} (1-1)
[0012]其中，t = i为调频带宽的变化率，T为调频周期，Λ F为调频带宽；匕为入射光场振幅，t为时间，Otl为光场角频率；i是虚数单位；[0013]根据公式(1-1)获得t-1/cc时刻到达平板玻璃前表面的反射光场为:
[0014]
【权利要求】
1.线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置，其特征在于，该装置包括数字信号处理器⑴、Α/D转换器⑵、前置放大器(3)、滤波器⑷、光电探测器(5)、会聚透镜(6)、平板玻璃(7)、一号反射镜(8)、二号反射镜(9)和调频激光器(10)； 调频激光器(10)发射的激光经二号反射镜(9)反射后入射至一号反射镜(8)，经一号反射镜(8)反射后的光束入射至平面玻璃(7);该入射光经平板玻璃(7)的前表面与平板玻璃(7)的后表面多次反射后获得多束反射光，该多束反射光经平板玻璃(7)透射之后经会聚透镜(6)汇聚至光电探测器(6)的光敏面上； 经光电探测器(5)进行光电转换后的电流信号输出端连接滤波器(4)的信号输入端，滤波器(4)的滤波后信号输出端连接前置放大器(3)的信号输入端，前置放大器(3)的放大信号输出端连接Α/D转换器(2)的模拟信号输入端，Α/D转换器(2)的数字信号输出端连接数字信号处理器(I)的信号输入端。
2.根据权利要求1所述的线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置，其特征在于，滤波器(4)是低通滤波器。
3.线性调频双光束激光外差测量玻璃厚度的装置测量玻璃厚度的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为: 步骤一、采用调频激光器(10)发射激光，激光经一号反射镜(8)和二号反射镜(9)两次反射后斜射至平板玻璃(7);同时记录光束斜射至平板玻璃(7)的入射角Gtl;并测量调频激光器(10)发射 激光的到入射平板玻璃(7)之间的光程1，计算平板玻璃(7)的入射光场E (t)、反射光场E1U)和经过平板玻璃后表面反射后透射出前表面的光场E2 (t)； 入射光场的数学表达式为:
E (t) = E0exp {i (ω 0t+kt2)} (1-1) 其中，6 = 1为调频带宽的变化率，T为调频周期，Λ F为调频带宽为入射光场振幅，t为时间，Wtl为光场角频率；i是虚数单位； 根据公式(1-1)获得t-1/cc时刻到达平板玻璃前表面的反射光场为:石1(0 = CcEu exp)十)'] I(2-1)
CC 根据公式(1-1)获得t-1/c时刻经过平板玻璃后表面反射后透射出前表面的光场表达式为: 「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分别为平板玻璃的反射系数和透射系数，d为平板玻璃厚度，Θ为入射光折射角，η为平板玻璃折射率，c为光速； 步骤二、激光经平板玻璃(7)折射发射后，经会聚透镜(6)会聚至光电探测器(5)的感光面上，计算光电探测器(5)接收到的总光场； 光电探测器接收到的总光场表示为:
E' (t) = E1 (t) +E2 (t) (4-1) 则光电探测器输出的光电流表不为:
【文档编号】G01B11/06GK103954224SQ201410205979
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】李彦超, 冉玲苓, 杨九如, 高扬, 柳春郁, 杨瑞海, 杜军, 丁群, 王春晖, 马立峰, 于伟波 申请人:黑龙江大学