用于物理參數的光學測量的設備制造技術

本發明專利技術涉及一種用于物理參數的光學測量的測量設備（10），該測量設備包括：激光光源（11），用于在目標的方向上產生測量光束并用于接收被所述目標反射的測量光束，所述測量光束沿著光路行進，所述光路的變化是被確定的物理參數的函數，以及所述激光光源包括光學腔（111）；針對所述激光光源（11）的運動傳感器（14）；用于根據在所述激光光源（11）處測量到的信號和所述運動傳感器（14）測量到的信號來計算所述物理參數的裝置（15）。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于物理參數的光學測量的設備本專利技術涉及光電設備領域。更具體而言，本專利技術涉及用于目標的位移的光學測量的測量設備。存在多種用于測量目標的位移、振動、距離等的設備，這使得可以執行所謂的非破壞性測量，即，該測量不會對被測量的目標造成破壞。經常使用光學方法，這是因為光學方法的優點在于不與目標接觸并且是非侵入性的。它們基于從激光光源向目標發射光束，然后利用適當的檢測和測量手段測量被目標返回的光束的光學屬性的變化。邁克遜型干涉儀、光纖干涉儀和三角傳感器是幾種現有的光學設備。然而，這些類型的設備需要利用許多光學部件，這使得難以實現小型的、易于使用的且低成本的傳感器。此外，這些設備中的一些設備的測量范圍限于幾厘米，甚至幾毫米。 相比而言，基于光學反饋現象的(通常稱作“自混合”)設備提出了一種小型、靈活的且低成本的實現系統。這些設備易于實現并僅需要例如一個激光光源，該激光光源向要被測量位移的目標發射測量光束。測量光束的一部分被目標反射，并被反饋到激光光源的激活腔(activecavity)，它在激光光源的激活腔中產生干涉。當來自激光光源并遇到目標的測量光束所行進的光路發生變化時，例如，當該光路因為目標的位移或目標所在的介質的折射系數的變化而變化時，發生波動，尤其是所發生的光功率發生波動，這是由這些干涉導致的。這些波動或者被位于激光光源后側的光電檢測器(例如，光電二極管)檢測到，或者直接地經由激光光源的結張力(junctiontension)檢測到。來自光電二極管或激光光源的結張力的信號經過適當的處理裝置的處理，由此推導出關于目標的位移的信息或者關于介質的折射系數的變化的信息。以該方式，激光光源既扮演光源的角色又扮演微干涉儀的角色，而不需要外部的光學部件。然而，當目標位于幾厘米之外時，可能在激光光源和目標之間放置透鏡。相比于利用傳統的干涉測量法，以該方式，這些光學反饋設備具有自對準、小型且成本更低的優點。然而，這些設備對寄生振動非常敏感。因此，它們需要被放置在相對于目標而穩定并固定的安裝物(以光學桌為例)上，以保證所執行的測量的準確度。該條件首先導致附加成本，其次不適合于在現實世界的條件(以安裝在工業站上為例)中利用這些設備。因此，本專利技術的目標是提出一種基于光學反饋現象的測量設備，該測量設備解決了尺寸、性能和成本限制，因此使得該測量設備用于實際的工業情形。為此，本專利技術的目的是用于物理參數的光學測量的測量設備。測量設備包括-激光光源，用于在目標的方向上產生測量光束并用于接收所述目標反射的測量光束，所述測量光束沿著隨所要確定的物理參數而變化的光路行進，所述激光光源包括光學腔；-針對所述激光光源的運動傳感器；-計算裝置，用于根據在所述激光光源處測量到的信號和所述運動傳感器測量到的信號來計算所述物理參數。光路被定義為光束所行進的、按照光束穿過的介質的折射屬性而縮放的幾何距離，即，通過將該幾何距離乘以介質的折射系數。要被確定的、改變了測量光束的光路的物理參數例如是目標所在的介質的折射系數的改變；施加于位于激光光源前方的光纖的應力(機械的、熱的等等)；以及優選地，沿著激光光源的光軸線的移動目標的位移。激光光源在目標的方向 上發射測量光束，目標反射測量光束的一部分。所反射的測量光束被完全反饋或部分反饋到激光光源的光學腔中；這與所述腔中的發射測量光束干涉。優選地，激光光源是激光二極管，但是也可以使用任意其他類型的激光光源，例如，氣體激光器。當測量光束所行進的光路改變時，所引起的干涉具體產生激光二極管所發生的入射光束的光功率的變化。在激光光源處測量到的信號依賴于測量光束的光功率的變化。該變化依賴于光路的變化。所測量的信號例如是電壓、電流或數字信號。運動傳感器有利地使得可以測量與工作中的激光光源的運動有關的位移。這些移動可以例如是激光光源隨應用情形的需要而固有的位移、或者受到振動的激光光源所導致的寄生位移。運動傳感器是能夠測量工作中的激光光源的位移的設備，例如，加速度計、回轉儀或光學傳感器。當運動傳感器是加速度計時，例如，它被優選地放置得盡可能靠近激光光源并緊固于激光光源。當運動傳感器是非接觸型傳感器時，例如，光學的，則它可以被放置在一定距離處，并且其光束指向激光光源的方向。運動傳感器所測量的信號依賴于激光光源的位移。所測量的信號例如是電壓、電流和數字信號。計算裝置使得可以根據在激光光源處測量到的信號和運動傳感器測量到的信號來確定物理參數。計算裝置包括-第一轉換裝置，所述第一轉換裝置用于將在所述激光光源處測量到的信號轉換為所述光路中的變化的測量值，被稱作“光路中的總變化的測量值”；以及-第二轉換裝置，所述第二轉換裝置用于將所述運動傳感器測量到的信號轉換為所述激光光源的位移的測量值，被稱作“位移測量值”。光路中的總變化的測量值即考慮了光路中的實際變化的測量值又考慮了位移測量值。在本專利技術的優選實施例中，計算裝置還包括校準裝置，用于相對于激光光源來校準運動傳感器。在一個實現示例中，校準裝置用于補償運動傳感器的增益的誤差，并使激光光源的測量鏈和運動傳感器的測量鏈在時間上同步。在測量設備的一個實施例中，校準裝置被放置在運動傳感器的測量鏈中，在第二轉換裝置的輸出端處。在測量設備的一個實施例中，為了改善信噪比，測量設備在激光光源的輸出端處在第一轉換裝置的上游處包括光電二極管，并且在激光光源處測量到的信號是由該光電二極管獲取的信號。在測量設備的優選實施例中，當激光光源是激光二極管時，光電二極管與激光二極管被構建到同一殼體中。在測量設備的另一實施例中，當激光光源的激光二極管時，在激光二極管處測量的信號是通過放大所述激光二極管的結張力來獲取的。在測量設備的另一實施例中，當目標被放置在距激光光源幾厘米之外的距離處時，測量設備包括放置在光軸線XX’上的透鏡，該透鏡在激光光源和目標之間。該透鏡(優選是凸透鏡)可以對測量光束進行聚焦/視準。所述透鏡可以是用于自動視準/聚焦的自適應透鏡。 在測量設備的另一實施例中，為了改善分辨率，所述測量設備在激光光源和目標之間包括電光調制器，其能夠調制測量光束的相位。根據另一方面，本專利技術涉及一種用于利用激光測量來測量物理參數的方法。該方法包括以下步驟-通過所述激光光源在目標的方向上發射測量光束；-在所述激光光源處測量表示光束中的總變化的信號；-通過運動傳感器在所述激光光源處測量表示所述激光光源在測量期間的位移的信號;-根據在所述激光光源處測量到的信號，通過所述第一轉換裝置確定所述光路中的總變化；-根據在所述運動傳感器處測量到的信號，通過所述第二轉換裝置確定所述激光光源的位移；-根據所述光路中的總變化并根據所述激光光源的位移，確定所述物理參數。以單個源(origin)按照同步的方式實現在激光光源處對表示光路中的總變化的信號進行的測量、以及通過運動傳感器對表示激光光源的位移的信號進行的測量。通過第一轉換裝置根據在激光光源處測量到的信號來確定光路中的總變化的步驟與通過第二轉換裝置根據運動傳感器測量到的信號來確定激光光源的位移的步驟的實施順序不是強制的，取決于方法，可以按照與之前描述的順序相反的順序來執行，或者優選地同步實施，而不會改變所述步驟的結果。本專利技術還涉及光學測量設備用于以非破壞性方式對材料和所加工部件進行檢查和控制以及本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.05.11 FR 10536481.一種用于物理參數的光學測量的測量設備(10)，其特征在于，所述測量設備包括 激光光源(11)，用于在目標(20)的方向上產生測量光束并用于接收被所述目標反射的測量光束，所述測量光束沿著隨所要確定的物理參數而變化的光路行進，所述激光光源包括光學腔(111)； 針對所述激光光源(11)的運動傳感器(14)； 計算裝置(15)，用于根據在所述激光光源(11)處測量到的信號和所述運動傳感器(14)測量到的信號來計算所述物理參數。2.根據權利要求I所述的測量設備，其中所述計算裝置(15)包括第一轉換裝置(151)和第二轉換裝置(152)，所述第一轉換裝置(151)用于將在所述激光光源(11)處測量到的信號轉換為所述光路中的總變化的測量值，而所述第二轉換裝置(152)用于將所述運動傳感器(14)測量到的信號轉換為所述激光光源的位移的測量值。3.根據前述任一項權利要求所述的測量設備，其中所述計算裝置(15)包括用于相對于所述激光光源(11)來校準所述運動傳感器(14 )的校準裝置(153)。4.根據前述任一項權利要求所述的測量設備，其中所述運動傳感器(14)是加速度計。5.根據權利要求2至4中任一項所述的測量設備，包括光電二極管(13)，所述光電二極管(13)位于所述激光光源(11)的輸出端處，在所述第一轉換裝置(151)的上游。6.根據前述權利要求中任一項所述的測量設備，其中所述激光光源(11)是激光二極管。7.一種用于由根據權利要求I至6中任一項所述的所述光學測量設備測量物理參數的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 通過所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：奧利維爾·伯納爾，弗朗西斯·博尼，蒂埃里·博施，奧斯曼·扎比特，
申請(專利權)人：圖盧茲國立綜合理工學院，
類型：
國別省市：