内蒙古民族大学姚张浩获国家专利权
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龙图腾网获悉内蒙古民族大学申请的专利一种抗环境干扰的激光散斑微纳位移测量装置与方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN121474998B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-03发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202610015664.8,技术领域涉及:G01B9/02;该发明授权一种抗环境干扰的激光散斑微纳位移测量装置与方法是由姚张浩;孙勇;陈美艳;李鸿哲;冷柯欣;马新军;张彬;梅景红设计研发完成,并于2026-01-07向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种抗环境干扰的激光散斑微纳位移测量装置与方法在说明书摘要公布了:本发明属于光学测量技术领域,具体涉及一种抗环境干扰的激光散斑微纳位移测量装置与方法。现有技术中采用单光路激光散斑进行位移测量的方案,其测量结果为真实位移与环境扰动引入的位移噪声的叠加,其测量结果易受环境振动、空气扰动等外界因素的干扰,导致在微米、纳米量级的位移测量中信噪比低、精度和稳定性难以保证。本发明装置以激光为光源,照射固定于不同尺寸压电单晶片上的毛玻璃以产生散斑场,并采用二维数字图像相关算法分析散斑图像,进而计算得到微小位移量。针对环境扰动如震颤对测量精度的影响,其引入的位移噪声与待测最小位移处于同一量级,而数字图像相关算法本身难以实时反映此影响。
本发明授权一种抗环境干扰的激光散斑微纳位移测量装置与方法在权利要求书中公布了:1.一种基于抗环境干扰的激光散斑微纳位移测量装置的测量方法,其特征在于: 该测量装置包括:迈克尔逊干涉光路模块、双路激光散斑测量模块、图像处理与计算单元; 迈克尔逊干涉光路模块作为环境监测单元用于监测环境扰动,进行定性评估与实时预警,包括半导体激光器、第二分束镜、第二反光镜、第三反射镜、扩束镜、光屏;由半导体激光器提供光源,激光经第二分束镜分为两路,分别由第二反射镜和第三反射镜反射后返回并发生干涉经过扩束镜到达光屏,通过调整使两臂光程差小于半导体激光器的相干长度,以获得稳定的干涉条纹; 双路激光散斑测量模块作为主测量系统用于实现微纳位移的定量测量,包括氦氖激光器、第一分束镜、第一反射镜、第一毛玻璃、第二毛玻璃、位移驱动台、第一CCD、第二CCD;双路激光散斑测量模块采用共光路对称设计,构成一个“光学差分”系统;由氦氖激光器出射的激光,经第一分束镜分为参考光路、测量光路两束光路:参考光路:反射光经第一反射镜折转后,照射于固定安装的第一毛玻璃上,后向散射形成的散斑场由第一CCD接收,参考光路信号被定义为环境噪声的基准;测量光路:透射光用于照射待测物体,待测物体安装于位移驱动台上,由位移驱动台控制其产生微纳位移,根据待测物体表面特性,分为两种情况:1对于粗糙表面物体:激光直接照射于物体表面,利用其自然粗糙度产生的反射散斑场,由第二CCD接收;2对于光滑表面物体:在物体表面粘连辅助散射元件第二毛玻璃,激光透过第二毛玻璃产生透射散斑场,再由第二CCD接收; 图像处理与计算单元用于信号采集、数据处理; 基于抗环境干扰的激光散斑微纳位移测量装置的测量方法包括: 图像处理与计算单元接收来自迈克尔逊干涉光路模块、双路激光散斑测量模块的图像信号,并执行以下步骤: S1.通过数字图像相关算法,分别计算测量光路和参考光路的散斑图像位移,得到包含噪声的总位移utotal和纯环境噪声位移unoise; S2.将所述总位移utotal与所述环境噪声位移unoise进行差分运算,抵消共模的环境噪声,得到待测物体的真实位移ureal=utotal-unoise; S3.根据迈克尔逊干涉条纹的变化,定性判断环境扰动的剧烈程度;通过观察干涉图样的稳定状态,定性评估环境扰动水平,当干涉图样出现剧烈跳变或持续漂移时,表明环境已不满足测量要求,所采集数据可能失效,系统据此发出警示,以决定是否中断实验或重新测量。
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