专利名称：双频激光干涉仪测量速度的自由落体测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及双频激光干涉仪，特别是一种双频激光干涉仪测量速度的自由落体测量装置，用于其最大测量速度的测量。
背景技术：
双频激光干涉仪由于具有大测量范围、高分辨率、高精度、及高速度等综合优势，并且可通过与不同的附件组合，可进行长度、速度、角度、平面度、直线度和垂直度等的测量，在精密和超精密制造领域得到了广泛的应用。例如，精密坐标机床的标定、高精度传感器的标定、光刻机的工件台和掩模台的精密定位等。
双频激光干涉仪的最大速度测量范围可达每秒钟数米或数十米，如何检测该双频激光干涉仪的最大速度测量范围？因为速度达每秒钟数米或数十米，即每分钟上百米甚至更高的运动速度的机床或运动装置是不多见的。另一方面，在如此高速情况下，如没有特别的措施，如此高速运动引起较大机械振动也是很难避免的。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种双频激光干涉仪测量速度的自由落体测量装置，它应具有检测双频激光干涉仪的速度测量范围大、机械振动小，较好的准确性、测量装置简单、方法简便和经济等优点。
众所周知，当一初速度为零的自由落体运动下落距离h时的瞬时速度v为v＝(2gh)1/2，其中g为重力加速度，g值与所在地的纬度和海拔高度有关，但很容易确定。如测量在上海地区进行，g值取9.7940m/s2，当一初速度为零的自由落体运动下落距离h为60mm高度时的瞬时速度v为1.0841m/s。
本实用新型的技术解决方案如下一种双频激光干涉仪测量速度的自由落体测量装置，包括一双频激光器，在该激光器的输出光路上设置一偏振分光镜，该偏振分光镜的分光面与激光器的输出光路成45°，在该偏振分光镜透射光方向是一固定角锥棱镜，反射光方向是一移动角锥棱镜，在该偏振分光镜的输出光方向、双频激光器的同侧还有一探测器，其特征在于所述的移动角锥棱镜通过其镜座固定在一滑块上，该滑块设置在导轨上，该导轨安装在导轨底座上并与重力方向严格一致。
所述的导轨和该滑块的侧面设有供插销插入的插孔，插入插销，即将该滑块的下表面固定在导轨上h＝0的位置。
所述的导轨在导轨底座上的高度是可调的。
所述的导轨的侧面刻有表明高度的标尺。
本实用新型的技术效果本实用新型装置具有结构简单、操作方便，可以精确的测量双频激光干涉仪最大的测量速度。
图1是本实用新型双频激光干涉仪测量速度自由落体测量装置的结构示意图。
具体实施方式
先请参阅图1，图1是本实用新型双频激光干涉仪测量速度自由落体测量装置的结构示意图。由图可见，本实用新型双频激光干涉仪测量速度的自由落体测量装置，包括一双频激光器4，在该激光器4的输出光路上设置一偏振分光镜2，该偏振分光镜2的分光面与激光器4的输出光路成45°，在该偏振分光镜2透射光方向是一固定角锥棱镜1，反射光方向是一移动角锥棱镜5，在双频激光器4的同侧还有一探测器3，其特征在于所述的移动角锥棱镜5通过其镜座6固定在一滑块8上，该滑块8设置在一导轨9上，该导轨9安装在导轨底座10上并与重力方向严格一致。
所述的导轨9和该滑块8的侧面设有供插销7插入的插孔，插入插销7，将滑块8的下表面固定在导轨9上h＝0的位置。
所述的导轨9在导轨底座10上的高度是可调的。
本实用新型的工作过程如下本实用新型装置如图1所示。双频激光器4产生二束振动方向相互垂直、频率分别为f1和f2、频差为Δf的线偏振光。这二束光进入偏振分光镜2，其中平行入射面振动、频率为f1的线偏振光全部透过进入固定角锥棱镜1，而垂直入射面振动、频率为f2的线偏振光反射到移动角锥棱镜5，移动角锥棱镜5通过其镜座6固定在与导轨9配合的滑块8上，导轨9与重力方向严格一致安放在导轨底座10上。该导轨经过精密加工和润滑，具有非常小的摩擦系数，移动角锥棱镜5沿摩擦力非常小的导轨运动近似为自由落体运动。上述这二束光分别经角锥棱镜1和5反射后，在偏振分光镜2分光面会合。该双频激光干涉仪是基于多普勒频移原理进行测长，当角锥棱镜5移动时，由于多普勒效应，f2变为f2±Δf2，利用探测器3得到具有位移量信息的双频激光干涉测试信号。
如图1所示，插销7将固定在滑块8上的移动角锥棱镜5锁在固定导轨9上。要求滑块8在导轨9的行进方向与重力方向严格一致，而且导轨的摩擦系数要尽量小。测量开始时，移动角锥棱镜5与偏振分光镜2接近，处于某一位置，设为相对零位。在某一瞬间，当插销7移开的瞬间，该移动角锥棱镜5开始做自由落体运动，该双频激光干涉仪的计算机显示屏表明和记录自由落体运动走过的距离。当达到某一距离，例如60mm，计算机显示屏表明和记录下这个数。假设当自由落体运动走过的距离再增加，计算机显示屏将无法表明和记录任何数字，将移动角锥棱镜5自由落体运动走过的距离60mm作为双频激光干涉仪测量最大速度的参考点，经过简单运算，可知该干涉仪可测量的最大速度为1.0841m/s。
我们在中国科学院上海光学精密机械研究所一实验室里，如图1所示，对一商品化双频激光干涉仪采用本实用新型进行了测量速度自由落体测量试验。可移动角锥棱镜5通过其镜座6固定在与导轨9配合的滑块8上，导轨与重力方向严格一致。选择可移动的角锥棱镜5与偏振分光镜2距离近的某一位置作为参考位置(相对0位)，当插销7移开的瞬间，移动角锥棱镜5在垂直导轨9上做初速度为0的自由落体运动，该双频激光干涉仪的计算机显示屏能够表明和记录的自由落体运动走过的距离为61.3062401mm，由此可以算出该双频激光干涉仪最大测量速度应为1.09584m/s。
实验表明，采用本实用新型装置对双频激光干涉仪测量速度的自由落体测量具有较好的准确性、测量速度范围大、测量装置简单、方法简便和经济等一系列优点。
权利要求1.一种双频激光干涉仪测量速度的自由落体测量装置，包括一双频激光器(4)，在该激光器(4)的输出光路上设置一偏振分光镜(2)，该偏振分光镜(2)的分光面与激光器(4)的输出光路成45°，在该偏振分光镜(2)透射光方向是一固定角锥棱镜(1)，反射光方向是一移动角锥棱镜(5)，在该偏振分光镜(2)的输出光方向、双频激光器(4)的同侧还有一探测器(3)，其特征在于所述的移动角锥棱镜(5)通过其镜座(6)固定在一滑块(8)上，该滑块(8)设置在导轨(9)上，该导轨(9)安装在导轨底座(10)上并与重力方向严格一致。
2.根据权利要求1所述的双频激光干涉仪测量速度的自由落体测量装置，其特征在于所述的导轨(9)和该滑块(8)的侧面设有供插销(7)插入的插孔，插入插销(7)，将滑块(8)的下表面固定在导轨(9)上h＝0的位置。
3.根据权利要求1所述的双频激光干涉仪测量速度的自由落体测量装置，其特征在于所述的导轨(9)在导轨底座(10)上的高度是可调的。
专利摘要一种双频激光干涉仪测量速度的自由落体测量装置，包括一双频激光器，在该激光器的输出光路上设置一偏振分光镜，该偏振分光镜的分光面与激光器的输出光路成45°，在该偏振分光镜透射光方向是一固定角锥棱镜，反射光方向是一移动角锥棱镜，在该偏振分光镜的输出光方向、双频激光器的同侧还有一探测器，其特征在于所述的移动角锥棱镜通过其镜座固定在一滑块上，该滑块设置在导轨上，该导轨安装在导轨底座上并与重力方向严格一致。本实用新型装置对双频激光干涉仪测量速度测量具有较好的准确性、测量速度范围大、测量装置简单、方法简便和经济等一系列优点。
文档编号G01P3/36GK2727699SQ20042009057
公开日2005年9月21日 申请日期2004年9月28日 优先权日2004年9月28日
发明者程兆谷, 高海军 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所