本发明属于光学精密测量,具体涉及一种真空腔室内平板形变的测量装置及其使用方法。
背景技术:
1、真空腔室在强激光实验中用途较为广泛,可避免空气中的各种因素对于强激光的影响,以免造成对器件、设备甚至人身方面的损害;实验过程需要在真空腔室中搭建光路。
2、在真空腔室内搭建光路时,光学器件固定在平板上,而为了增强光路的稳定性,平板需要被固定在真空腔室的底面上。在抽真空前后,由于腔室内外压强差的存在,对腔体以及腔室内部的平板造成的形变,此形变较为微小,为微米量级。对于腔体外部的形变可以直接在大气环境下进行测量,所以测试方法都较为简便。然而,要测量位于真空腔室内部的平板的微形变,较为困难。测量仪器的安装对腔室的大小有着严格的要求,且由于是高真空腔室,腔室空间具有密闭性,腔内外接线也存在一定的困难,这会对于腔室的真空度有所影响。因此,传统测量方法实现起来具有一定的难度,成本也较高。
3、综上所述,需要设计一种高精度、便捷及成本低廉的非接触式真空腔室内平板微形变测量装置来解决这一问题。
技术实现思路
1、为解决以上问题,本发明一方面提供了一种真空腔室内平板形变的测量装置,包括真空腔室和平板,平板置于真空腔室内,平板固定连接在真空腔室的底面上,还包括第一可视窗口、第二可视窗口、单色光源、单缝装置、双缝装置、支架、ccd相机,第一可视窗口和第二可视窗口设置在真空腔室的相对侧面上,单色光源和单缝装置置于真空腔室外的一侧,ccd相机置于真空腔室外的另一侧,支架置于平板上,双缝装置的一端固定在支架上;应用时,单色光源发出的光依次经过单缝装置、第一可视窗口后,照射双缝装置,从双缝装置透射的光经过第二可视窗口后被ccd相机接收。
2、本发明通过设计一种在真空环境下工作的光路系统,实现对真空腔室内部平板微形变的高精度测量,属于非接触式光学测量技术。本发明采用单色光源、单缝装置、双缝装置以及ccd相机构成的光学系统,结合真空腔室的可视窗口,在外部光源的照射下,通过光干涉和光强变化的检测,对平板的微形变进行精确测量。
3、更进一步地,单色光源为氦氖激光器。
4、更进一步地,单色光源和单缝装置固定在第一光学平台上。这样确保光束的出射方向和角度保持一致,减少了因设备移动或振动造成的光路偏移,从而提高了测量的精度和稳定性。
5、更进一步地,还包括实时记录系统,实时记录系统和ccd相机固定在第二光学平台上。将实时记录系统与ccd相机固定在同一平台上,确保了两者在数据采集过程中的同步性和稳定性,减少了因设备间相互运动或振动导致的数据失真或误差,提升了测量的精度和可靠性。
6、更进一步地,单缝装置和双缝装置平行。这样确保了光束在经过单缝后,能够准确地垂直进入双缝装置,产生稳定的干涉图样,提高了测量的精度和可靠性。
7、更进一步地,还包括第一支撑网和第二支撑网,第一支撑网和第二支撑网固定在真空腔室的相对侧面上,第一支撑网在真空腔室的内侧紧密贴附第一可视窗口,第二支撑网在真空腔室的内侧紧密贴附第二可视窗口。在真空环境下,由于内外压差,真空腔室的可视窗口发生微弱的形变;第一支撑网和第二支撑网分别紧密贴附在第一可视窗口和第二可视窗口的内侧,能够为窗口提供额外的机械支撑,减轻形变的程度,从而保证光束的传输路径不受影响或减弱影响。
8、更进一步地,还包括挤压架,挤压架固定在真空腔室内的顶面上,挤压架固定连接双缝装置的另一端。双缝装置的间距是光干涉现象的重要参数。通过减小双缝干涉支架的间距,光束经过双缝装置时,所形成的干涉条纹会变得更加密集。这种密集的干涉条纹对微小的位移或形变更加敏感,从而能够检测到更细微的变化,提升测量的灵敏度。在本发明中,在抽真空时,不仅真空腔室的下表面形变,而且真空腔室的上表面也发生形变,支架和挤压架的设计能够使得双缝装置被挤压,减小双缝装置中双缝之间的间距,使得干涉条纹的周期变小,系统能够分辨出更小的位移或形变,增加了测量结果的精确度和分辨率。
9、更进一步地,双缝装置为弹性材料。由于弹性材料能够在外力作用下发生形变,使得挤压架可以更方便地调整双缝装置中双缝之间的间距,从而提升测量的灵敏度和精度。
10、另一方面,本发明还提供了真空腔室内平板形变的测量装置的使用方法,包括如下步骤:
11、步骤1、打开所述单色光源和所述ccd相机;
12、步骤2、打开所述真空泵,将所述真空腔室抽取真空;另外,在抽取真空过程中,监测真空度并保持在预设范围内;
13、步骤3、所述ccd相机记录条纹移动;在此过程中,避免环境振动、温度变化等因素对条纹稳定性和测量结果准确性的影响;
14、步骤4、根据所述条纹移动的数目确定所述平板的形变量。另外,进一步计算条纹移动速度和方向,结合模型来精确推导平板的形变量。
15、更进一步地,在步骤2前,将双缝装置移出光路,确定单缝装置的激光出射点位置;然后,将双缝装置移入光路,调整双缝装置的高度,使得干涉条纹的中心条纹与激光出射点保持一致。这样保证了干涉条纹的对称性,保证了测量的精度。
16、本发明的有益效果:
17、本发明提供了一种高精度、非接触式的测量方法,能够在真空环境中对平板的微形变进行精确检测。其设计简化了操作,避免了对真空腔室的密封性影响,降低了测量成本,并提高了测量的可靠性和稳定性。
1.一种真空腔室内平板形变的测量装置,包括真空腔室和平板,所述平板置于所述真空腔室内,所述平板固定连接在所述真空腔室的底面上,其特征在于:还包括第一可视窗口、第二可视窗口、单色光源、单缝装置、双缝装置、支架、ccd相机,所述第一可视窗口和所述第二可视窗口设置在所述真空腔室的相对侧面上,所述单色光源和所述单缝装置置于所述真空腔室外的一侧,所述ccd相机置于所述真空腔室外的另一侧,所述支架置于所述平板上,所述双缝装置的一端固定在所述支架上;应用时,所述单色光源发出的光依次经过所述单缝装置、所述第一可视窗口后,照射所述双缝装置,从所述双缝装置透射的光经过所述第二可视窗口后被所述ccd相机接收。
2.如权利要求1所述的真空腔室内平板形变的测量装置,其特征在于:所述单色光源为氦氖激光器。
3.如权利要求1所述的真空腔室内平板形变的测量装置,其特征在于:所述单色光源和所述单缝装置固定在第一光学平台上。
4.如权利要求1所述的真空腔室内平板形变的测量装置,其特征在于,所述还包括实时记录系统,所述实时记录系统和所述ccd相机固定在第二光学平台上。
5.如权利要求1所述的真空腔室内平板形变的测量装置,其特征在于:所述单缝装置和所述双缝装置平行。
6.如权利要求1所述的真空腔室内平板形变的测量装置,其特征在于:还包括第一支撑网和第二支撑网,所述第一支撑网和所述第二支撑网固定在所述真空腔室的相对侧面上,所述第一支撑网在所述真空腔室的内侧紧密贴附所述第一可视窗口,所述第二支撑网在所述真空腔室的内侧紧密贴附所述第二可视窗口。
7.如权利要求1所述的真空腔室内平板形变的测量装置,其特征在于:还包括挤压架,所述挤压架固定在所述真空腔室内的顶面上,所述挤压架固定连接所述双缝装置的另一端。
8.如权利要求7所述的真空腔室内平板形变的测量装置,其特征在于:所述双缝装置为弹性材料。
9.如权利要求8所述的真空腔室内平板形变的测量装置的使用方法,其特征在于,包括如下步骤:
10.如权利要求9所述的真空腔室内平板形变的测量装置的使用方法,其特征在于:在步骤2前,将所述双缝装置移出光路,确定所述单缝装置的激光出射点位置;然后,将所述双缝装置移入光路,调整所述双缝装置的高度,使得干涉条纹的中心条纹与所述激光出射点保持一致。
