一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置和方法与流程

技术特征：
1.一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置，其特征在于，包括：光路部分、探头部分和测试部分；所述光路部分包括：激光器、第一光路和第二光路，所述激光器产生的激光束经过线偏振处理后射入偏光分光棱镜产生p光和s光，p光依次经过第一1/4波片和第一耦合器进入第一单模保偏光纤，形成所述第一光路，s光依次经过第二1/4波片和第二耦合器进入第二单模保偏光纤，形成所述第二光路，所述第一单模保偏光纤和所述第二单模保偏光纤的出光孔径均为亚波长量级；所述探头部分包括：光纤固定环，所述第一单模保偏光纤与所述第二单模保偏光纤并排设置在所述光纤固定环内，所述第一单模保偏光纤的出射端和所述第二单模保偏光纤的出射端为对齐设置，且均从所述光纤固定环的入口进入指向其出口，所述探头部分用于固定安装在被测对象上；所述测试部分包括：偏振相机和计算设备，所述偏振相机与所述探头部分相对设置，用于采集所述第一单模保偏光纤的出射光线与所述第二单模保偏光纤的出射光线干涉形成的条纹图像，所述计算设备连接所述偏振相机，用于对所述偏振相机采集的至少两个时刻的条纹图像进行分析，得到任意两个时刻间所述被测对象的振动偏移量。2.根据权利要求1所述的低频振动测量装置，其特征在于，所述第一单模保偏光纤和所述第二单模保偏光纤的出射端均为使用熔拉法拉制的锥形针尖，所述锥形针尖的锥面包裹有金属膜，所述锥形针尖的针头为出光处，该出光处的出光孔径为亚波长量级。3.根据权利要求2所述的低频振动测量装置，其特征在于，所述金属膜的材料为铬金属。4.根据权利要求2所述的低频振动测量装置，其特征在于，所述第一单模保偏光纤的锥形针尖的针头与所述第二单模保偏光纤的锥形针尖的针头均与所述光纤固定环的出口所在的面为共面设置。5.根据权利要求2所述的低频振动测量装置，其特征在于，所述激光器为可见光波段激光器，所述激光器发出的激光束的波长范围在632.8nm至532nm之间。6.根据权利要求1至5任一项所述的低频振动测量装置，其特征在于，所述偏振相机包括像元面阵以及设置在所述像元面阵前的偏光面阵，所述偏光面阵的像素单元为2
×
2微偏振器构成，四个微偏振器的透光轴方向分别为0
°
、45
°
、90
°
和135
°
。7.一种基于点衍射干涉的低频振动测量方法，其特征在于，所述低频振动测量方法用于上述权利要求1至9任一项所述的低频振动测量装置，包括以下步骤：在第一时刻的所述激光器产生激光束后，获取第一条纹图像，并根据所述第一条纹图像，得到所述探头部分所在的第一空间位置信息；在第二时刻的所述激光器产生激光束后，获取第二条纹图像，并根据所述第二条纹图像，得到所述探头部分所在的第二空间位置信息；对比所述第一空间位置信息和所述第二空间位置信息，确定所述探头部分的振动偏移量为所述被测对象的振动偏移量。8.根据权利要求7所述的低频振动测量方法，其特征在于，所述根据所述第一条纹图像，得到所述探头部分所在的第一空间位置信息包括：根据所述第一条纹图像，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第一空间坐标和所述
第二单模保偏光纤的出射端的第二空间坐标；确定所述第一空间坐标和所述第二空间坐标的中心点的坐标为所述探头部分所在的第一空间位置信息；相应地，所述根据所述第二条纹图像，得到所述探头部分所在的第二空间位置信息包括：根据所述第二条纹图像，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第三空间坐标和所述第二单模保偏光纤的出射端的第四空间坐标；确定所述第三空间坐标和所述第四空间坐标的中心点的坐标为所述探头部分所在的第一空间位置信息。9.根据权利要求8所述的低频振动测量方法，其特征在于，在所述根据所述第二条纹图像，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第三空间坐标和所述第二单模保偏光纤的出射端的第四空间坐标之后，还包括：计算所述第一空间坐标与所述第三空间坐标的第一偏移量，以及所述第二空间坐标与所述第四空间坐标的第二偏移量；检测所述第一偏移量与所述第二偏移量的误差是否小于误差值；相应地，所述对比所述第一空间位置信息和所述第二空间位置信息，确定所述探头部分的振动偏移量为所述被测对象的振动偏移量包括：若所述第一偏移量与所述第二偏移量的误差小于误差阈值，则对比所述第一空间位置信息和所述第二空间位置信息，确定所述探头部分的振动偏移量为所述被测对象的振动偏移量。10.根据权利要求8所述的低频振动测量方法，其特征在于，所述根据所述第一条纹图像，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第一空间坐标和所述第二单模保偏光纤的出射端的第二空间坐标包括：提取所述第一条纹图像中除图像中心点以外的n个像素点的图像坐标，n为大于5的整数；根据所述n个像素点的图像坐标，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第一空间坐标和所述第二单模保偏光纤的出射端的第二空间坐标；相应地，所述根据所述第二条纹图像，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第三空间坐标和所述第二单模保偏光纤的出射端的第四空间坐标包括：提取所述第二条纹图像中除图像中心点以外的n个像素点的图像坐标；根据所述n个像素点的图像坐标，确定所述第一单模保偏光纤的出射端的第三空间坐标和所述第二单模保偏光纤的出射端的第四空间坐标。

技术总结
本发明适用于光电测量技术领域，涉及一种基于点衍射干涉的低频振动测量装置和方法。该装置将激光器发射的激光束经过分光处理，并使用两个单模保偏光纤产生两个具备干涉条件的点衍射光源，两个光纤的出射端并排对齐设置在光纤固定环内形成探头，使得其形成的两个点衍射光源的出射光线平行，进而在空间内形成干涉的条纹图像，偏振相机采集到两个时刻的条纹图像后，经过计算设备的分析可以确定两个时刻件该被测对象的偏移情况，探头与被测对象固定连接，可以实现对被测对象的振动偏移量的测量，亚波长量级孔径的单模保偏光纤具备较大孔径角范围和较高光能量，能够有效地提高低频振动测量的精度，可用于对存在振动影响的测量仪器的校准。的校准。的校准。


技术研发人员：任翔 孙钦密 王振宇 李海滨 冯海盈 付翀 张中杰 王雪杨 李晓东 赵伟明 单海娣 邹炳蔚 章剑 何力人 徐凯 赵辉 李丹 赵楚亚 李雪飞 李柯言 程媛媛 王世闯 王丽玥 李晨希 李智 姚杉 王慧 于美丽 朱青 李一冉
受保护的技术使用者：河南省计量科学研究院
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/4/15