基于triz的多功能激光干涉测量装置设计及其方法
【专利摘要】本发明公开了多功能激光干涉测量装置设计及方法，其设计方法是：对贾民(Jiman)干涉仪进行分析，发现该仪器系统的适应性较差，根据TRIZ技术冲突解决原理，改善仪器系统的适应性，同时减弱干涉条纹的明亮度，以矛盾矩阵表推荐的八个发明原理作为增加系统有用功能的技术进化路线，将贾民干涉仪进化成多功能激光干涉测量装置。其组成包括：(1)激光器；（2）楔形体半透明半反射玻璃；（3）第一反射镜；（4）第二反射镜；（5）第三反射镜；（6）第四反射镜；（7）第五反射镜；（8）相位调节器；（9）光电二极管；（10）差分器；（11）相关器。该仪器适用于高精度监测溶液浓度微小变化量、检测固体物体微小变化量和物质波。
【专利说明】基于TRIZ的多功能激光干涉测量装置设计及其方法【技术领域】
[0001]本发明涉及利用TRIZ和光学干涉原理设计的测量装置及其方法，尤其涉及一种基于TRIZ的多功能激光干涉测量装置设计及其方法。
【背景技术】[0002]TRIZ是千百万个高水平发明专利统计而提炼出来的创新方法，是科学发现、技术研发和制造过程的精髓，是当今世界最先进的创新方法之一。TRIZ可对技术系统未来的结构状态序列进行较为清晰的描述并具备较强的可操作性。1880年，美国物理学家迈克耳逊在柏林大学的H.V.亥姆霍兹实验室，探测地球在“以太”中运动时，将贾民(Jiman)干涉仪改进成迈克耳逊干涉仪，并使用其进行基本度量学研究获得1907年诺贝尔物理奖。一百多年来，人类在迈克耳逊干涉仪基础上研发了许多种类用于不同用途的干涉仪。为了增加激光干涉仪的有用功能，提高仪器的测量精度，将贾民(Jiman)干涉仪确定为设计系统，运用TRIZ设计一条增加系统有用功能的技术进化路线。
[0003]光学干涉原理是利用分束器将一束相干光分为两束，其中一束作为参考光，另一束经过相位调制器产生一个相位差，这个相位调制器与待测的物理量有关，然后两束光重新汇聚，由于相位差的产生，汇聚到一起的两束光发生干涉，输出的光强随着相位差变换而变化，这样通过光强的测量就能够获得相位差的值，进而获得待测物理量的值。由于光波的相位非常敏感，因此这样测得的物理量可以实现非常高的精度。因此，目前许多的精密测量是利用光学干涉方法来实现的，例如引力波探测、微纳米位移测量、光纤陀螺和光纤声纳探测等。虽然不同的测量系统采用不同的干涉仪，如马赫一增德尔干涉仪、迈克尔逊干涉仪、Sagnac干涉仪等，但这些干涉仪的基本原理都是基本相同的。
[0004]基于TRIZ的多功能激光干涉测量装置是许多大型探测仪器的重要组成部分和关键核心技术，本发明运用TRIZ和光学干涉原理设计一种基于TRIZ的多功能激光干涉测量装置，对许多大型探测仪器的改造升级具有重要的指导意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种多功能激光干涉测量装置，它适用于高精度监测溶液浓度微小变化量、检测固体物体微小变化量和物质波等。为了增加激光干涉测量装置有用功能和提高测量精度，将贾民(Jiman)干涉仪确定为设计系统，运用TRIZ设计一条增加系统有用功能的技术进化路线，将贾民(Jiman)干涉进化成为一种多功能激光干涉测量装置。其工作原理是:激光器产生的相干光束经过楔形体半透明半反射玻璃分成两个相干光束，其中一个相干光束经过四个反射镜起到增加干涉臂的有效长度，提高了测量精度，另一束经过相位调制器，能大范围内稳定地调节分束光强比值，取得需要的任意位相改变，然后两个相干光束经过楔形体半透明半反射玻璃输出两个干涉光束，由于相位差的产生，汇聚到一起的两束光发生干涉，经过光路传输光信号由PIN光电二极管转化为电信号，分差器将电信号进行足够的放大，然后在混频单元使高频信号变为低频信号，相关器利用透镜的傅氏变换特性和光学上的空间滤波原理，将待识别图像与参考图像进行相关运算，从而实现两个函数或图像之间的相似度测量，以及在相关器的显示器上放大光学图像用图像分割技术分析物体或物质波的相关性质，进而获得待测物理量的值。
[0006]本发明的有益效果是:简单实用，操作方便，具有时间分辨率精度高，响应速度快，用途广，可以实时测量，便于生产等应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
[0008]图1是贾民(Jiman)干涉仪光路图。
[0009]图2是多功能激光干涉测量装置光路图。
[0010]图1中S为激光器，以及两块等厚度的玻璃块。
[0011]图2中1.激光器；2.楔形体半透明半反射玻璃；3.第一反射镜；4.第二反射镜；5.第三反射镜；6.第四反射镜；7.第五反射镜；8.相位调节器；9.光电二极管；10.差分器；11.相关器。
【具体实施方式】
[0012]设X为技术冲突集合，X =Ix1, X2，…，X丄其中的每个元素Xi(i≥η)都代表一对由工程参数构成的技术矛盾冲突；设Y为TRIZ的发明原理解集合，Y ={yi，y2，…，y丄其中的每个元素yJiSn)都代表对应于Xi (i Sn)的发明原理解子集；由此X、Y均为有限集，各包含η2个元素。冲突矩阵表明X与Y间存在一对应法则F，使得对于X中的元素XiQ≥η)，有Y中的唯一的YiQSn)与之对应，即形成如下的映射关系:
F:X —Y(I)
该对应法则F可以根据(I)式所述内容表示成为技术冲突——发明原理解关系矩阵
[C]:
【权利要求】
1.基于TRIZ的多功能激光干涉测量装置，其组成特征在于它包括:(1)激光器；(2)楔形体半透明半反射玻璃；(3)第一反射镜；(4)第二反射镜；(5)第三反射镜；(6)第四反射镜；(7)第五反射镜；(8)相位调节器；(9)光电二极管；(10)差分器；(11)相关器。
2.由权利要求1所述的基于TRIZ的多功能激光干涉测量装置，其工作原理特征在于:该仪器的激光器产生的相干光束经过楔形体半透明半反射玻璃分成两个相干光束，其中一个相干光束经过四个反射镜起到增加干涉臂的有效长度，提高了测量精度，另一束经过相位调制器，能大范围内稳定地调节分束光强比值，取得需要的任意位相改变，然后两个相干光束经过楔形体半透明半反射玻璃输出两个干涉光束，由于相位差的产生，汇聚到一起的两束光发生干涉，经过光路传输光信号由PIN光电二极管转化为电信号，分差器将电信号进行足够的放大，然后在混频单元使高频信号变为低频信号，相关器利用透镜的傅氏变换特性和光学上的空间滤波原理，将待识别图像与参考图像进行相关运算，从而实现两个函数或图像之间的相似度测量，以及在相关器的显示器上放大光学图像用图像分割技术分析物体或物质波的相关性质，进而获得待测物理量的值。
3.由权利要求1所述的基于TRIZ的多功能激光干涉测量装置，其设计及方法解决的技术问题的必要技术特征在于:设X为技术冲突集合，X =IX11X2, - ,xj,其中的每个元素Xi (i ( η)都代表一对由工程参数构成的技术矛盾冲突；设Y为TRIZ的发明原理解集合，Y= Iyi, Iv…，yj,其中的每个元素yi(i < η)都代表对应于XiQ < η)的发明原理解子集；由此X、Y均为有限集，各包含η2个元素；冲突矩阵表明X与Y间存在一对应法则F，使得对于X中的元素XiQ≤η)，有Y中的唯一的YiQSn)与之对应，即形成如下的映射关系:
【文档编号】G01N21/45GK103454250SQ201310427693
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月20日 优先权日:2013年9月20日
【发明者】吴寿煜, 张宇红, 吴佳蓬 申请人:江南大学