專利名稱：雙頻激光干涉儀測量速度的自由落體測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙頻激光干涉儀，特別是一種雙頻激光干涉儀測量速度的自由落體測量裝置，用于其最大測量速度的測量。
背景技術(shù)：
雙頻激光干涉儀由于具有大測量范圍、高分辨率、高精度、及高速度等綜合優(yōu)勢，并且可通過與不同的附件組合，可進(jìn)行長度、速度、角度、平面度、直線度和垂直度等的測量，在精密和超精密制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。例如，精密坐標(biāo)機床的標(biāo)定、高精度傳感器的標(biāo)定、光刻機的工件臺和掩模臺的精密定位等。
雙頻激光干涉儀的最大速度測量范圍可達(dá)每秒鐘數(shù)米或數(shù)十米，如何檢測該雙頻激光干涉儀的最大速度測量范圍？因為速度達(dá)每秒鐘數(shù)米或數(shù)十米，即每分鐘上百米甚至更高的運動速度的機床或運動裝置是不多見的。另一方面，在如此高速情況下，如沒有特別的措施，如此高速運動引起較大機械振動也是很難避免的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種雙頻激光干涉儀測量速度的自由落體測量裝置，它應(yīng)具有檢測雙頻激光干涉儀的速度測量范圍大、機械振動小，較好的準(zhǔn)確性、測量裝置簡單、方法簡便和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點。
眾所周知，當(dāng)一初速度為零的自由落體運動下落距離h時的瞬時速度v為v＝(2gh)1/2，其中g(shù)為重力加速度，g值與所在地的緯度和海拔高度有關(guān)，但很容易確定。如測量在上海地區(qū)進(jìn)行，g值取9.7940m/s2，當(dāng)一初速度為零的自由落體運動下落距離h為60mm高度時的瞬時速度v為1.0841m/s.
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種雙頻激光干涉儀測量速度的自由落體測量裝置，包括一雙頻激光器，在該激光器的輸出光路上設(shè)置一偏振分光鏡，該偏振分光鏡的分光面與激光器的輸出光路成45°，在該偏振分光鏡透射光方向是一固定角錐棱鏡，反射光方向是一移動角錐棱鏡，在該偏振分光鏡的輸出光方向、雙頻激光器的同側(cè)還有一探測器，其特征在于所述的移動角錐棱鏡通過其鏡座固定在一滑塊上，該滑塊設(shè)置在導(dǎo)軌上，該導(dǎo)軌安裝在導(dǎo)軌底座上并與重力方向嚴(yán)格一致。
所述的導(dǎo)軌和該滑塊的側(cè)面設(shè)有供插銷插入的插孔，插入插銷，即將該滑塊的下表面固定在導(dǎo)軌上h＝0的位置。
所述的導(dǎo)軌在導(dǎo)軌底座上的高度是可調(diào)的。
所述的導(dǎo)軌的側(cè)面刻有表明高度的標(biāo)尺。
本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可以精確的測量雙頻激光干涉儀最大的測量速度。


圖1是本發(fā)明雙頻激光干涉儀測量速度自由落體測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明雙頻激光干涉儀測量速度自由落體測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明雙頻激光干涉儀測量速度的自由落體測量裝置，包括一雙頻激光器4，在該激光器4的輸出光路上設(shè)置一偏振分光鏡2，該偏振分光鏡2的分光面與激光器4的輸出光路成45°，在該偏振分光鏡2透射光方向是一固定角錐棱鏡1，反射光方向是一移動角錐棱鏡5，在雙頻激光器4的同側(cè)還有一探測器3，其特征在于所述的移動角錐棱鏡5通過其鏡座6固定在一滑塊8上，該滑塊8設(shè)置在一導(dǎo)軌9上，該導(dǎo)軌9安裝在導(dǎo)軌底座10上并與重力方向嚴(yán)格一致。
所述的導(dǎo)軌9和該滑塊8的側(cè)面設(shè)有供插銷7插入的插孔，插入插銷7，將滑塊8的下表面固定在導(dǎo)軌9上h＝0的位置。
所述的導(dǎo)軌9在導(dǎo)軌底座10上的高度是可調(diào)的。
本發(fā)明的工作過程如下本發(fā)明裝置如圖1所示。雙頻激光器4產(chǎn)生二束振動方向相互垂直、頻率分別為f1和f2、頻差為Δf的線偏振光。這二束光進(jìn)入偏振分光鏡2，其中平行入射面振動、頻率為f1的線偏振光全部透過進(jìn)入固定角錐棱鏡1，而垂直入射面振動、頻率為f2的線偏振光反射到移動角錐棱鏡5，移動角錐棱鏡5通過其鏡座6固定在與導(dǎo)軌9配合的滑塊8上，導(dǎo)軌9與重力方向嚴(yán)格一致安放在導(dǎo)軌底座10上。該導(dǎo)軌經(jīng)過精密加工和潤滑，具有非常小的摩擦系數(shù)，移動角錐棱鏡5沿摩擦力非常小的導(dǎo)軌運動近似為自由落體運動。上述這二束光分別經(jīng)角錐棱鏡1和5反射后，在偏振分光鏡2分光面會合。該雙頻激光干涉儀是基于多普勒頻移原理進(jìn)行測長，當(dāng)角錐棱鏡5移動時，由于多普勒效應(yīng)，f2變?yōu)閒2±Δf2，利用探測器3得到具有位移量信息的雙頻激光干涉測試信號。
如圖1所示，插銷7將固定在滑塊8上的移動角錐棱鏡5鎖在固定導(dǎo)軌9上。要求滑塊8在導(dǎo)軌9的行進(jìn)方向與重力方向嚴(yán)格一致，而且導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)要盡量小。測量開始時，移動角錐棱鏡5與偏振分光鏡2接近，處于某一位置，設(shè)為相對零位。在某一瞬間，當(dāng)插銷7移開的瞬間，該移動角錐棱鏡5開始做自由落體運動，該雙頻激光干涉儀的計算機顯示屏表明和記錄自由落體運動走過的距離。當(dāng)達(dá)到某一距離，例如60mm，計算機顯示屏表明和記錄下這個數(shù)。假設(shè)當(dāng)自由落體運動走過的距離再增加，計算機顯示屏將無法表明和記錄任何數(shù)字，將移動角錐棱鏡5自由落體運動走過的距離60mm作為雙頻激光干涉儀測量最大速度的參考點，經(jīng)過簡單運算，可知該干涉儀可測量的最大速度為1.0841m/s。
我們在中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所一實驗室里，如圖1所示，對一商品化雙頻激光干涉儀采用本發(fā)明進(jìn)行了測量速度自由落體測量試驗?？梢苿咏清F棱鏡5通過其鏡座6固定在與導(dǎo)軌9配合的滑塊8上，導(dǎo)軌與重力方向嚴(yán)格一致。選擇可移動的角錐棱鏡5與偏振分光鏡2距離近的某一位置作為參考位置(相對0位)，當(dāng)插銷7移開的瞬間，移動角錐棱鏡5在垂直導(dǎo)軌9上做初速度為0的自由落體運動，該雙頻激光干涉儀的計算機顯示屏能夠表明和記錄的自由落體運動走過的距離為61.3062401mm，由此可以算出該雙頻激光干涉儀最大測量速度應(yīng)為1.09584m/s。
實驗表明，采用本發(fā)明裝置對雙頻激光干涉儀測量速度的自由落體測量具有較好的準(zhǔn)確性、測量速度范圍大、測量裝置簡單、方法簡便和經(jīng)濟(jì)等一系列優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種雙頻激光干涉儀測量速度的自由落體測量裝置，包括一雙頻激光器(4)，在該激光器(4)的輸出光路上設(shè)置一偏振分光鏡(2)，該偏振分光鏡(2)的分光面與激光器(4)的輸出光路成45°，在該偏振分光鏡(2)透射光方向是一固定角錐棱鏡(1)，反射光方向是一移動角錐棱鏡(5)，在該偏振分光鏡(2)的輸出光方向、雙頻激光器(4)的同側(cè)還有一探測器(3)，其特征在于所述的移動角錐棱鏡(5)通過其鏡座(6)固定在一滑塊(8)上，該滑塊(8)設(shè)置在導(dǎo)軌(9)上，該導(dǎo)軌(9)安裝在導(dǎo)軌底座(10)上并與重力方向嚴(yán)格一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻激光干涉儀測量速度的自由落體測量裝置，其特征在于所述的導(dǎo)軌(9)和該滑塊(8)的側(cè)面設(shè)有供插銷(7)插入的插孔，插入插銷(7)，將滑塊(8)的下表面固定在導(dǎo)軌(9)上h＝0的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻激光干涉儀測量速度的自由落體測量裝置，其特征在于所述的導(dǎo)軌(9)在導(dǎo)軌底座(10)上的高度是可調(diào)的。
全文摘要
一種雙頻激光干涉儀測量速度的自由落體測量裝置，包括一雙頻激光器，在該激光器的輸出光路上設(shè)置一偏振分光鏡，該偏振分光鏡的分光面與激光器的輸出光路成45°，在該偏振分光鏡透射光方向是一固定角錐棱鏡，反射光方向是一移動角錐棱鏡，在該偏振分光鏡的輸出光方向、雙頻激光器的同側(cè)還有一探測器，其特征在于所述的移動角錐棱鏡通過其鏡座固定在一滑塊上，該滑塊設(shè)置在導(dǎo)軌上，該導(dǎo)軌安裝在導(dǎo)軌底座上并與重力方向嚴(yán)格一致。本發(fā)明裝置對雙頻激光干涉儀測量速度測量具有較好的準(zhǔn)確性、測量速度范圍大、測量裝置簡單、方法簡便和經(jīng)濟(jì)等一系列優(yōu)點。
文檔編號G01M11/00GK1587949SQ20041005330
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者程兆谷, 高海軍 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所