基于triz的多功能激光干涉測(cè)量裝置設(shè)計(jì)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了多功能激光干涉測(cè)量裝置設(shè)計(jì)及方法，其設(shè)計(jì)方法是：對(duì)賈民(Jiman)干涉儀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該儀器系統(tǒng)的適應(yīng)性較差，根據(jù)TRIZ技術(shù)沖突解決原理，改善儀器系統(tǒng)的適應(yīng)性，同時(shí)減弱干涉條紋的明亮度，以矛盾矩陣表推薦的八個(gè)發(fā)明原理作為增加系統(tǒng)有用功能的技術(shù)進(jìn)化路線，將賈民干涉儀進(jìn)化成多功能激光干涉測(cè)量裝置。其組成包括：(1)激光器；（2）楔形體半透明半反射玻璃；（3）第一反射鏡；（4）第二反射鏡；（5）第三反射鏡；（6）第四反射鏡；（7）第五反射鏡；（8）相位調(diào)節(jié)器；（9）光電二極管；（10）差分器；（11）相關(guān)器。該儀器適用于高精度監(jiān)測(cè)溶液濃度微小變化量、檢測(cè)固體物體微小變化量和物質(zhì)波。
【專利說明】基于TRIZ的多功能激光干涉測(cè)量裝置設(shè)計(jì)及其方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用TRIZ和光學(xué)干涉原理設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置及其方法，尤其涉及一種基于TRIZ的多功能激光干涉測(cè)量裝置設(shè)計(jì)及其方法。
【背景技術(shù)】[0002]TRIZ是千百萬個(gè)高水平發(fā)明專利統(tǒng)計(jì)而提煉出來的創(chuàng)新方法，是科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)研發(fā)和制造過程的精髓，是當(dāng)今世界最先進(jìn)的創(chuàng)新方法之一。TRIZ可對(duì)技術(shù)系統(tǒng)未來的結(jié)構(gòu)狀態(tài)序列進(jìn)行較為清晰的描述并具備較強(qiáng)的可操作性。1880年，美國(guó)物理學(xué)家邁克耳遜在柏林大學(xué)的H.V.亥姆霍茲實(shí)驗(yàn)室，探測(cè)地球在“以太”中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將賈民(Jiman)干涉儀改進(jìn)成邁克耳遜干涉儀，并使用其進(jìn)行基本度量學(xué)研究獲得1907年諾貝爾物理獎(jiǎng)。一百多年來，人類在邁克耳遜干涉儀基礎(chǔ)上研發(fā)了許多種類用于不同用途的干涉儀。為了增加激光干涉儀的有用功能，提高儀器的測(cè)量精度，將賈民(Jiman)干涉儀確定為設(shè)計(jì)系統(tǒng)，運(yùn)用TRIZ設(shè)計(jì)一條增加系統(tǒng)有用功能的技術(shù)進(jìn)化路線。
[0003]光學(xué)干涉原理是利用分束器將一束相干光分為兩束，其中一束作為參考光，另一束經(jīng)過相位調(diào)制器產(chǎn)生一個(gè)相位差，這個(gè)相位調(diào)制器與待測(cè)的物理量有關(guān)，然后兩束光重新匯聚，由于相位差的產(chǎn)生，匯聚到一起的兩束光發(fā)生干涉，輸出的光強(qiáng)隨著相位差變換而變化，這樣通過光強(qiáng)的測(cè)量就能夠獲得相位差的值，進(jìn)而獲得待測(cè)物理量的值。由于光波的相位非常敏感，因此這樣測(cè)得的物理量可以實(shí)現(xiàn)非常高的精度。因此，目前許多的精密測(cè)量是利用光學(xué)干涉方法來實(shí)現(xiàn)的，例如引力波探測(cè)、微納米位移測(cè)量、光纖陀螺和光纖聲納探測(cè)等。雖然不同的測(cè)量系統(tǒng)采用不同的干涉儀，如馬赫一增德爾干涉儀、邁克爾遜干涉儀、Sagnac干涉儀等，但這些干涉儀的基本原理都是基本相同的。
[0004]基于TRIZ的多功能激光干涉測(cè)量裝置是許多大型探測(cè)儀器的重要組成部分和關(guān)鍵核心技術(shù)，本發(fā)明運(yùn)用TRIZ和光學(xué)干涉原理設(shè)計(jì)一種基于TRIZ的多功能激光干涉測(cè)量裝置，對(duì)許多大型探測(cè)儀器的改造升級(jí)具有重要的指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種多功能激光干涉測(cè)量裝置，它適用于高精度監(jiān)測(cè)溶液濃度微小變化量、檢測(cè)固體物體微小變化量和物質(zhì)波等。為了增加激光干涉測(cè)量裝置有用功能和提高測(cè)量精度，將賈民(Jiman)干涉儀確定為設(shè)計(jì)系統(tǒng)，運(yùn)用TRIZ設(shè)計(jì)一條增加系統(tǒng)有用功能的技術(shù)進(jìn)化路線，將賈民(Jiman)干涉進(jìn)化成為一種多功能激光干涉測(cè)量裝置。其工作原理是:激光器產(chǎn)生的相干光束經(jīng)過楔形體半透明半反射玻璃分成兩個(gè)相干光束，其中一個(gè)相干光束經(jīng)過四個(gè)反射鏡起到增加干涉臂的有效長(zhǎng)度，提高了測(cè)量精度，另一束經(jīng)過相位調(diào)制器，能大范圍內(nèi)穩(wěn)定地調(diào)節(jié)分束光強(qiáng)比值，取得需要的任意位相改變，然后兩個(gè)相干光束經(jīng)過楔形體半透明半反射玻璃輸出兩個(gè)干涉光束，由于相位差的產(chǎn)生，匯聚到一起的兩束光發(fā)生干涉，經(jīng)過光路傳輸光信號(hào)由PIN光電二極管轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，分差器將電信號(hào)進(jìn)行足夠的放大，然后在混頻單元使高頻信號(hào)變?yōu)榈皖l信號(hào)，相關(guān)器利用透鏡的傅氏變換特性和光學(xué)上的空間濾波原理，將待識(shí)別圖像與參考圖像進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)函數(shù)或圖像之間的相似度測(cè)量，以及在相關(guān)器的顯示器上放大光學(xué)圖像用圖像分割技術(shù)分析物體或物質(zhì)波的相關(guān)性質(zhì)，進(jìn)而獲得待測(cè)物理量的值。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:簡(jiǎn)單實(shí)用，操作方便，具有時(shí)間分辨率精度高，響應(yīng)速度快，用途廣，可以實(shí)時(shí)測(cè)量，便于生產(chǎn)等應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)一步說明。
[0008]圖1是賈民(Jiman)干涉儀光路圖。
[0009]圖2是多功能激光干涉測(cè)量裝置光路圖。
[0010]圖1中S為激光器，以及兩塊等厚度的玻璃塊。
[0011]圖2中1.激光器；2.楔形體半透明半反射玻璃；3.第一反射鏡；4.第二反射鏡；5.第三反射鏡；6.第四反射鏡；7.第五反射鏡；8.相位調(diào)節(jié)器；9.光電二極管；10.差分器；11.相關(guān)器。
【具體實(shí)施方式】
[0012]設(shè)X為技術(shù)沖突集合，X =Ix1, X2，…，X丄其中的每個(gè)元素Xi(i≥η)都代表一對(duì)由工程參數(shù)構(gòu)成的技術(shù)矛盾沖突；設(shè)Y為TRIZ的發(fā)明原理解集合，Y ={yi，y2，…，y丄其中的每個(gè)元素yJiSn)都代表對(duì)應(yīng)于Xi (i Sn)的發(fā)明原理解子集；由此X、Y均為有限集，各包含η2個(gè)元素。沖突矩陣表明X與Y間存在一對(duì)應(yīng)法則F，使得對(duì)于X中的元素XiQ≥η)，有Y中的唯一的YiQSn)與之對(duì)應(yīng)，即形成如下的映射關(guān)系:
F:X —Y(I)
該對(duì)應(yīng)法則F可以根據(jù)(I)式所述內(nèi)容表示成為技術(shù)沖突——發(fā)明原理解關(guān)系矩陣
[C]:
【權(quán)利要求】
1.基于TRIZ的多功能激光干涉測(cè)量裝置，其組成特征在于它包括:(1)激光器；(2)楔形體半透明半反射玻璃；(3)第一反射鏡；(4)第二反射鏡；(5)第三反射鏡；(6)第四反射鏡；(7)第五反射鏡；(8)相位調(diào)節(jié)器；(9)光電二極管；(10)差分器；(11)相關(guān)器。
2.由權(quán)利要求1所述的基于TRIZ的多功能激光干涉測(cè)量裝置，其工作原理特征在于:該儀器的激光器產(chǎn)生的相干光束經(jīng)過楔形體半透明半反射玻璃分成兩個(gè)相干光束，其中一個(gè)相干光束經(jīng)過四個(gè)反射鏡起到增加干涉臂的有效長(zhǎng)度，提高了測(cè)量精度，另一束經(jīng)過相位調(diào)制器，能大范圍內(nèi)穩(wěn)定地調(diào)節(jié)分束光強(qiáng)比值，取得需要的任意位相改變，然后兩個(gè)相干光束經(jīng)過楔形體半透明半反射玻璃輸出兩個(gè)干涉光束，由于相位差的產(chǎn)生，匯聚到一起的兩束光發(fā)生干涉，經(jīng)過光路傳輸光信號(hào)由PIN光電二極管轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，分差器將電信號(hào)進(jìn)行足夠的放大，然后在混頻單元使高頻信號(hào)變?yōu)榈皖l信號(hào)，相關(guān)器利用透鏡的傅氏變換特性和光學(xué)上的空間濾波原理，將待識(shí)別圖像與參考圖像進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)函數(shù)或圖像之間的相似度測(cè)量，以及在相關(guān)器的顯示器上放大光學(xué)圖像用圖像分割技術(shù)分析物體或物質(zhì)波的相關(guān)性質(zhì)，進(jìn)而獲得待測(cè)物理量的值。
3.由權(quán)利要求1所述的基于TRIZ的多功能激光干涉測(cè)量裝置，其設(shè)計(jì)及方法解決的技術(shù)問題的必要技術(shù)特征在于:設(shè)X為技術(shù)沖突集合，X =IX11X2, - ,xj,其中的每個(gè)元素Xi (i ( η)都代表一對(duì)由工程參數(shù)構(gòu)成的技術(shù)矛盾沖突；設(shè)Y為TRIZ的發(fā)明原理解集合，Y= Iyi, Iv…，yj,其中的每個(gè)元素yi(i < η)都代表對(duì)應(yīng)于XiQ < η)的發(fā)明原理解子集；由此X、Y均為有限集，各包含η2個(gè)元素；沖突矩陣表明X與Y間存在一對(duì)應(yīng)法則F，使得對(duì)于X中的元素XiQ≤η)，有Y中的唯一的YiQSn)與之對(duì)應(yīng)，即形成如下的映射關(guān)系:
【文檔編號(hào)】G01N21/45GK103454250SQ201310427693
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月20日
【發(fā)明者】吳壽煜, 張宇紅, 吳佳蓬 申請(qǐng)人:江南大學(xué)