激光干涉仪系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种激光干涉仪系统，其包括干涉仪支架、干涉光接收装置、激光器、信号处理装置以及PC机；该干涉光接收装置包括装配座、偏振分光棱镜、反射镜、非偏振分光棱镜、wollaston棱镜、透镜、探测器、光纤连接头和信号处理装置连接头；该激光器通过光纤缆线与光纤连接头连接；该干涉光接收装置集成有彼此通过电连接的预处理模块、AD采集模块、修正模块和USB插接模块；该预处理模块通过数据线与该信号处理装置连接头电连接，该USB插接模块通过USB数据线连接PC机。本发明结构设计简单、紧凑，便于移动，具备远程功能，整体性强，可实现对长期工作于地震监测现场的石英水平摆倾斜仪的灵敏度现场校准，解决石英摆倾斜仪测量的溯源问题。
【专利说明】激光干涉仪系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及精密测量【技术领域】，尤其涉及一种激光干涉仪系统。
【背景技术】
[0002]摆式倾斜仪是用于地震监测领域长期定点监测大地垂直形变的仪器，该仪器安装于恒温、恒湿的人防山洞或专业开凿硐室的地下基岩上。仪器通过双吊丝悬挂系统将微小的地倾斜角度放大，通过换能传感器转换为位移信号输出。通过长期的定点观测与数据处理，监测固定位置地球的固体潮汐，获得地球形变的日变化量、月变化量和年变，通过长期的监测用于发现变化中的异常，分析地震前兆特征。
[0003]倾斜仪测量的物理量为角度，可以测量到地倾斜角度达到千分之一至万分之二角秒，该仪器灵敏度的准确将直接影响测量结果的准确性进而影响对形变异常的判定。尤其洞体倾斜仪一经安装到位即连续工作不能间断，仪器的灵敏度在长期的现场工作中使用间接校准的方式进行自校准(业内称为标定)。
[0004]由于摆式倾斜仪的自振周期与仪器的灵敏度有以下关系(式I)
142 X 2, A gT ^ / ηθΙ /、
[0005]C = ---{ P / )____(式 I)
206265 X 4 X ;r2L0 ,ms
[0006]通常现场工作的倾斜仪依靠测量周期的方式(周期法)校准灵敏度，由于式I是理论公式，所以校准结果必定不具备溯源性。
[0007]依靠仪器内置的自校准装置进行灵敏度校准的原理是使用外部膨胀装置使仪器底板产生一倾角，该倾斜角度通过装置的膨胀系数计算所得与倾斜仪测得的位移量进行计算得到当时的角度灵敏度，从这种方式中可以得出该灵敏度也是不具备溯源性的。
【发明内容】
[0008]为了解决以上问题，本发明提出了一种结构设计简单、紧凑，便于移动，具备远程功能，整体性强，可实现对长期工作于地震监测现场的石英水平摆倾斜仪的灵敏度现场校准，解决石英摆倾斜仪测量的溯源问题的激光干涉仪系统。
[0009]本发明的具体技术方案如下:
[0010]上述的激光干涉仪系统，包括干涉仪支架、装设于所述干涉仪支架上的干涉光接收装置、与干涉光接收装置连接的激光器、信号处理装置以及与所述信号处理装置连接的PC机；所述干涉光接收装置包括装配座、偏振分光棱镜、反射镜、非偏振分光棱镜、wollaston棱镜、透镜、探测器、光纤连接头和信号处理装置连接头；所述装配座装包括与所述干涉仪支架固定连接的水平安装板及竖直固设于所述水平安装板一侧边的竖直安装板；所述偏振分光棱镜装设于所述竖直安装板的前侧面底端；所述反射镜为装设于所述竖直安装板前侧面的至少一对，所述的一对反射镜分别装设于所述偏振分光棱镜的相邻两侧端；所述非偏振分光棱镜装设于所述竖直安装板的前侧面且位于所述偏振分光棱镜一侧；所述wollaston棱镜为装设于所述竖直安装板前侧面的至少一对,所述的一对wollaston棱镜分别匹配位于所述非偏振分光棱镜的相邻两侧；所述透镜也为装设于所述竖直安装板前侧面的至少一对，所述的一对透镜分别匹配位于所述的一对wollaston棱镜的相邻两侧；所述探测器为装设于所述竖直安装板前侧面的至少两组，所述的两组探测器分别匹配位于其中一个所述透镜的相邻两侧；所述光纤连接头装设于所述竖直安装板的前侧面上且匹配位于所述偏振分光棱镜的正上方；所述信号处理装置连接头装设于所述竖直安装板的前侧面且位于其中一组所述探测器的一侧；所述激光器通过光纤缆线与所述光纤连接头连接；所述干涉光接收装置集成有彼此通过电连接的预处理模块、AD采集模块、修正模块和USB插接模块；所述预处理模块通过数据线与所述信号处理装置连接头匹配电连接，所述USB插接模块通过USB数据线连接所述PC机。
[0011]所述激光干涉仪系统，其中:所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜；所述第一反射镜装设于所述偏振分光棱镜的底端，所述第二反射镜装设于所述偏振分光棱镜的左侧端；所述非偏振分光棱镜位于所述偏振分光棱镜的右侧；所述wollaston棱镜包括第一wollaston棱镜和第二 wollaston棱镜,所述第一 wollaston棱镜位于所述非偏振分光棱镜的上侧，所述第二 wollaston棱镜位于所述非偏振分光棱镜的右侧；所述透镜包括第一透镜和第二透镜；所述第一透镜位于所述第二 wollaston棱镜的右侧；所述第二透镜位于所述第一 wollaston棱镜的上侧；所述探测器包括第一组探测器和第二组探测器；所述第一、第二组探测器均由一对光电探测器组成；所述第一组探测器位于所述第一透镜的右侧，所述第二组探测器位于所述第一透镜的上侧；所述信号处理装置连接头位于所述第二组探测器的右侧，其一端通过两相信号线连接所述第一组探测器的一对光电探测器，另一端通过两相信号线与所述第二组探测器的一对探测器连接。
[0012]所述激光干涉仪系统，其中:所述激光器包括安装架、恒温肼、激光管电源、分光装置和光纤耦合头；所述安装架包括水平布置的底板和对称竖直固设于所述底板两端的立板；所述恒温肼装设于所述底板的顶面；所述激光管电源装设于所述恒温肼的顶部；所述分光装置装设于所述安装架右侧的立板与所述恒温肼之间，所述该分光装置相对两侧的所述底板上竖直对称装设有一对1/2波片；所述光纤耦合头装设于所述安装架右侧的所述立板上，其通过光纤缆线与所述光纤连接头匹配连接。
[0013]所述激光干涉仪系统，其中:所述干涉仪支架包括基板和滚轴；所述基板呈水平布置，其呈三角形板体结构且三个角均向外延伸形成有连接臂；所述滚轴固定于所述连接臂的端部。
[0014]所述激光干涉仪系统，其中:所述水平安装板呈据形板体结构，其水平固设于所述基板的顶部；所述水平安装板和竖直安装板的一端之间还连接你有加强板。
[0015]所述激光干涉仪系统，其中:所述干涉仪系统还包括环境测量装置；所述环境测量装置通过USB线与所述PC机电连接。
[0016]有益效果:
[0017]本发明激光干涉仪系统结构设计简单、紧凑，便于移动、具备远程功能、整体性强，可实现对长期工作于地震监测现场的石英水平摆倾斜仪的灵敏度现场校准，解决石英摆倾斜仪测量溯源问题；可以解决用于地震前兆观测的专业仪器石英水平摆倾斜仪现场灵敏度的校准问题，通过定期对工作现场仪器进行校准，在解决仪器长期观测数据的准确性同时最大限度的保障了仪器测量的连续性，通过校准后的仪器的观测数据可以实现长期数据的连续比对和分析，对计算和判别地球定点长期缓慢的变化提供了数据可靠性的支撑，同时也可将定点观测的数据进行网络化的比对和计算，对区域性形变观测和处理具有重大的意义；可以实现不同观测仪器同物理量的数据比对处理，对促进地震监测预报事业的发展起到一定的作用。
[0018]同时还具有以下优点:
[0019](I)光路结构简单，集成程度高，不需要在现场进行复杂的干涉光路的调整，便于现场操作；测量光路和参考光路由5块核心光学元件组成，在实现测量光路和参考光路基本对称的前提下，使得在进行现场测量时，方便光路重合的调整；同时本发明的干涉仪系统分辨力较高，可达到0.lnm，并且具有更高的集成度，是个整体设计，激光干涉仪在测量现场不需要再组装，降低了现场测量难度。
[0020]2.结构设计合理，具有便携性，整体性强，并采用了对温度最为不敏感的殷钢制成，最大限度的保证了系统的稳定性和整体性，使结构更为稳定、紧凑，便于移动，不需安装和调整，便于进行长途的运输和现场组装。
[0021]3.干涉仪支架采用三角形支持设计，支撑更为稳定，现场调整便捷，在保证测量光路闲区长度最短的条件下很容易调整平衡。整体三角支撑设计即实现了支持的稳定也实现了调平的便捷，同时支架的重量较其他支撑方式也更为轻便，对测量现场工作面的适应能力更高。
[0022](4)干涉仪采用光纤干涉，可以实现远程操作，最大限度降低校准行为对观测仪器的影响；同时，还配备了环境测量装置(温度、湿度、气压等)，用于修正现场与实验室环境差异引起的折射率变化造成测量结果误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明激光干涉仪系统的结构示意图；
[0024]图2为本发明激光干涉仪系统的图1中A区域的放大图；
[0025]图3为本发明激光干涉仪系统的原理图。
【具体实施方式】
[0026]如图1、2所示，本发明激光干涉仪系统，用于校准石英水平摆倾斜仪的灵敏度，其包括干涉仪支架1、干涉光接收装置2、激光器3、信号处理装置4、PC机5和环境测量装置6。
[0027]该干涉仪支架I包括基板11和滚轴12 ;该基板11水平布置，其呈三角形板体结构且三个角均向外延伸形成有连接臂111 ;该滚轴12固定于该连接臂111的端部。
[0028]该干涉光接收装置2装设于该干涉仪支架I上，其包括装配座21、偏振分光棱镜22、反射镜23、非偏振分光棱镜24、wollaston棱镜25、透镜26、四象限探测器27、光纤连接头28和信号处理装置连接头29。
[0029]该装配座21包括水平安装板211、竖直安装板212和加强板213 ;其中，该水平安装板211呈据形板体结构，其水平固设于该干涉仪支架I的基板11顶部；该竖直安装板212也呈矩形板体结构，其竖直固设于该水平安装板211 —侧边；该加强板213呈直角三角形板体结构，其连接于该水平安装板211和竖直安装板212 —端之间。
[0030]该偏振分光棱镜22装设于该装配座21的竖直安装板212的前侧面底端。
[0031]该反射镜23为装设于该装配座21的竖直安装板212前侧面的一对，即包括第一反射镜231和第二反射镜232 ;其中，第一反射镜231装设于该偏振分光棱镜22的底端，第二反射镜232装设于该偏振分光棱镜22的左侧端。
[0032]该非偏振分光棱镜24装设于该偏振分光棱镜22右侧的装配座21的竖直安装板212的前侧面上。
[0033]该wollaston棱镜25为装设于该装配座21的竖直安装板212前侧面的一对，即包括第一 wollaston棱镜251和第二 wollaston棱镜252,其中，第一 wollaston棱镜251装设于该非偏振分光棱镜24上侧的竖直安装板212的前侧面上，第二 wollaston棱镜252装设于该非偏振分光棱镜24右侧的竖直安装板212的前侧面上。
[0034]该透镜26为装设于该装配座21的竖直安装板212前侧面的一对，即包括第一透镜261和第二透镜262 ;其中，该第一透镜261装设于该第二 wollaston棱镜252右侧的竖直安装板212的前侧面上；该第二透镜262装设于该第一 wollaston棱镜251上侧的竖直安装板212的前侧面上。
[0035]该探测器27为装设于该装配座21的竖直安装板212前侧面的两组，即包括第一组探测器271和第二组探测器272 ;其中，该第一组探测器271和第二组探测器272均由一对光电探测器组成；该第一组探测器271装设于透镜26的第一透镜261右侧的竖直安装板212前侧面上，该第二组探测器272装设于该透镜26的第一透镜261上侧的竖直安装板212前侧面上。
[0036]该光纤连接头28装设于该装配座21的竖直安装板212的前侧面上端，其位于该偏振分光棱镜22的正上方。
[0037]该信号处理装置连接头29装设于该装配座21的竖直安装板212的前侧面上端，其具体位于该第二组探测器272的右侧；其中，该信号处理装置连接头29 —端通过两相信号线连接第一组探测器271的一对光电探测器，另一端通过两相信号线与第二组探测器272的一对探测器连接。
[0038]该激光器3与干涉光接收装置2连接，其包括安装架31、恒温肼32、激光管电源33、分光装置34和光纤耦合头35 ;其中，该安装架31包括底板311和对称竖直固设于该底板311两端的立板312 ;该恒温肼32装设于该安装架31的底板311的顶面，该激光管电源33装设于该恒温肼32的顶部；该分光装置34装设于该安装架31右侧的立板312与恒温肼32之间，其中，该分光装置34相对两侧的底板311上竖直对称装设有一对1/2波片36 ；该光纤耦合头35装设于该安装架31右侧的立板312上，其通过光纤缆线37与干涉光接收装置2的光纤连接头28匹配连接。
[0039]该信号处理装置4与干涉光接收装置2连接，其中，该干涉光接收装置4集成有彼此通过电连接的预处理模块(图中未示)、AD采集模块(图中未示)、修正模块(图中未示)和USB插接模块(图中未示)；该预处理模块(图中未示)通过数据线与干涉光接收装置2的信号处理装置连接头29匹配电连接，该USB插接模块(图中未示)通过USB线连接外置PC机5。
[0040]该环境测量装置6通过USB线与PC机5连接，以用于修正现场与实验室环境差异弓I起的折射率变化造成测量结果误差。
[0041]本发明的工作原理:
[0042]如图3所示，激光光源输出X轴成45°角的线偏振光，经过偏振分光棱镜22(PBS)被分为光矢量分别垂直两束线偏振光，其中光矢量沿y轴的线偏振光在参考臂中经过1/4波片变为左旋圆偏振光，然后由第一反射镜231反射R回来再次经过1/4波片(位于图2中分光镜22和第一反射镜231之间的波片，图2中未不)变为光矢量沿X轴的线偏振光；而偏振分光棱镜22 (PBS)分出的另一束光矢量沿X轴的线偏振光在测量臂(图2中的偏振分光棱镜22与第二反射镜232之间有1/4波片和第二反射镜232组成的测量光路部分)中经过1/4波片变为右旋圆偏振光，由外置驱动装置使测量平面镜沿Y轴方向发生微位移，微位移使测量光路的光程发生变化，测量光束由第二反射镜232M反射再次经过1/4波片变为光矢量沿I轴的线偏振光；两束线偏振光再次在偏振分光棱镜22 (PBS)中会合后发生干涉，由于测量光路光程的变化，使得干涉条纹明暗发生变化，通过四通道的干涉光接收装置
2的信号处理和相位细分处理计算，可以测得第二反射镜232的变化量而达到测量微位移的目的。
[0043]其中，经过四通道相位细分技术处理计算，分辨能力可达到0.lnm。
[0044]本发明结构设计简单、紧凑，便于移动，具备远程功能，整体性强，可实现对长期工作于地震监测现场的石英水平摆倾斜仪的灵敏度现场校准，解决石英摆倾斜仪测量量的溯源问题。
【权利要求】
1.一种激光干涉仪系统，其特征在于:所述干涉仪系统包括干涉仪支架、装设于所述干涉仪支架上的干涉光接收装置、与干涉光接收装置连接的激光器、信号处理装置以及与所述信号处理装置连接的PC机； 所述干涉光接收装置包括装配座、偏振分光棱镜、反射镜、非偏振分光棱镜、wo I Iaston棱镜、透镜、探测器、光纤连接头和信号处理装置连接头；所述装配座装包括与所述干涉仪支架固定连接的水平安装板及竖直固设于所述水平安装板一侧边的竖直安装板；所述偏振分光棱镜装设于所述竖直安装板的前侧面底端；所述反射镜为装设于所述竖直安装板前侧面的至少一对，所述的一对反射镜分别装设于所述偏振分光棱镜的相邻两侧端；所述非偏振分光棱镜装设于所述竖直安装板的前侧面且位于所述偏振分光棱镜一侧；所述wollaston棱镜为装设于所述竖直安装板前侧面的至少一对,所述的一对wollaston棱镜分别匹配位于所述非偏振分光棱镜的相邻两侧；所述透镜也为装设于所述竖直安装板前侧面的至少一对，所述的一对透镜分别匹配位于所述的一对wollaston棱镜的相邻两侧；所述探测器为装设于所述竖直安装板前侧面的至少两组，所述的两组探测器分别匹配位于其中一个所述透镜的相邻两侧；所述光纤连接头装设于所述竖直安装板的前侧面上且匹配位于所述偏振分光棱镜的正上方；所述信号处理装置连接头装设于所述竖直安装板的前侧面且位于其中一组所述探测器的一侧； 所述激光器通过光纤缆线与所述光纤连接头连接； 所述干涉光接收装置集成有彼此通过电连接的预处理模块、AD采集模块、修正模块和USB插接模块；所述预处理模块通过数据线与所述信号处理装置连接头匹配电连接，所述USB插接模块通过USB数据线连接所述PC机。
2.如权利要求1所述的激光干涉仪系统，其特征在于:所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜；所述第一反射镜装设于所述偏振分光棱镜的底端，所述第二反射镜装设于所述偏振分光棱镜的左侧端； 所述非偏振分光棱镜位于所述偏振分光棱镜的右侧； 所述wollaston棱镜包括第一 wollaston棱镜和第二 wollaston棱镜，所述第一wollaston棱镜位于所述非偏振分光棱镜的上侧,所述第二 wollaston棱镜位于所述非偏振分光棱镜的右侧； 所述透镜包括第一透镜和第二透镜；所述第一透镜位于所述第二 wollaston棱镜的右侧；所述第二透镜位于所述第一 wollaston棱镜的上侧； 所述探测器包括第一组探测器和第二组探测器；所述第一、第二组探测器均由一对光电探测器组成；所述第一组探测器位于所述第一透镜的右侧，所述第二组探测器位于所述第一透镜的上侧； 所述信号处理装置连接头位于所述第二组探测器的右侧，其一端通过两相信号线连接所述第一组探测器的一对光电探测器，另一端通过两相信号线与所述第二组探测器的一对探测器连接。
3.如权利要求1所述的激光干涉仪系统，其特征在于:所述激光器包括安装架、恒温肼、激光管电源、分光装置和光纤耦合头； 所述安装架包括水平布置的底板和对称竖直固设于所述底板两端的立板； 所述恒温肼装设于所述底板的顶面； 所述激光管电源装设于所述恒温肼的顶部； 所述分光装置装设于所述安装架右侧的立板与所述恒温肼之间，所述该分光装置相对两侧的所述底板上竖直对称装设有一对1/2波片； 所述光纤耦合头装设于所述安装架右侧的所述立板上，其通过光纤缆线与所述光纤连接头匹配连接。
4.如权利要求1所述的激光干涉仪系统，其特征在于:所述干涉仪支架包括基板和滚轴；所述基板呈水平布置，其呈三角形板体结构且三个角均向外延伸形成有连接臂；所述滚轴固定于所述连接臂的端部。
5.如权利要求4所述的激光干涉仪系统，其特征在于:所述水平安装板呈据形板体结构，其水平固设于所述基板的顶部； 所述水平安装板和竖直安装板的一端之间还连接你有加强板。
6.如权利要求1至5任一所述的激光干涉仪系统，其特征在于:所述干涉仪系统还包括环境测量装置；所述环境测量装置通过USB线与所述PC机电连接。
【文档编号】G01C25/00GK104316078SQ201410487634
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】卢海燕 申请人:中国地震灾害防御中心