(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210704247.6 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 安徽工业大学 地址 243002 安徽省马鞍山市湖东路59号 (72)发明人 邹勇　李国友　彭子明　吴义云　 丁守军　任浩　 (74)专利代理 机构 西安铭泽知识产权代理事务 所(普通合伙) 61223 专利代理师 梁静 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/41(2006.01) (54)发明名称 一种基于双光束干涉的非接触式空间物质 分布检测系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于双光束干涉的非接 触式空间物质分布检测系统， 涉及光学技术领 域， 包括： 光源发射装置， 用于向待测区域中的待 测物体的不同截面上分别发射平行激光束； 第一 透镜， 用于使透过待测物体后激光束被聚焦成一 点； 剪切干涉装置， 用于将光束剪切成两束偏振 方向相互垂直的光束； 第一偏振片， 用于将两束 偏振方向相互垂直的光归一化后形成干涉条纹； 摄像装置， 用于接收干涉条纹所形成的干涉图 像； 数据处理模块， 用于将待测物体的不同截面 上的干涉条 纹进行堆叠， 并获取待测物体的物理 量的三维分布信息， 实现待测物体的物理量的空 间物质分布检测。 本发明实现非接触式、 三维空 间测量， 可用于折射率、 温度、 浓度、 湿度、 压力场 等测量。 权利要求书2页 说明书11页 附图7页 CN 115060651 A 2022.09.16 CN 115060651 A 1.一种基于双光束干涉的非接触式空间物质分布检测系统， 其特 征在于， 包括： 光源发射装置， 设在待测区域的一侧， 其射出的激光束为圆偏振光， 其用于向待测区域 中的待测物体的不同截面上分别发射平行激光束； 第一透镜， 设在待测区域的另一侧， 用于使透过待测区域中的待测物体后激光束被聚 焦成一点； 剪切干涉装置， 设在第一透镜的焦点处， 用于将第一透镜聚焦后的光束剪切成两束偏 振方向相互垂直的光束； 第一偏振片， 设在剪切干涉装置的一侧， 用于将两束偏振方向相互垂直的光的偏振方 向归一化， 使归一 化后的两束光发生干涉 形成干涉 条纹； 摄像装置， 用于 接收干涉 条纹所形成的干涉图像； 数据处理模块， 用于将待测物体的不同截面上的干涉条纹进行堆叠， 并根据堆叠后的 干涉条纹信息获取待测物体的物理量的三维分布信息， 实现待测物体的物理量的空间物质 分布检测。 2.根据权利要求1所述的一种基于双光束干涉的非接触式空间物质分布检测系统， 其 特征在于： 所述 光源发射装置包括： 激光器， 设在待测区域的一侧， 用于向待测区域发射激光束， 通过控制激光器的功率实 现所述干涉 条纹的亮度调节； 第二偏振片， 设在激光器与待测区域之间， 用于使所述激光器发出的光转化为线偏振 光； 扩束镜， 设在激光器与待测区域之间， 用来扩大所述激光器射出的激光束的直径， 使得 激光束完全覆盖待测区域； λ/4波片， 设在第二偏振片与待测区域之间， 用于将线偏振光 转化为圆偏振光； 第二透镜， 设在 λ/4波片与待测区域之间， 用于使激光器所发出的激光束折射为平行光 束射向待测区域。 3.根据权利要求1所述的一种基于双光束干涉的非接触式空间物质分布检测系统， 其 特征在于： 所述剪切干涉装置包括： 沃拉斯顿棱镜， 设在第一透镜的焦点处， 用于将第一透镜聚焦后的光束剪切成两束偏 振方向相互垂直的光。 4.根据权利要求1所述的一种基于双光束干涉的非接触式空间物质分布检测系统， 其 特征在于： 所述摄 像装置包括： CCD相机， 设在第一偏振片的一侧， 用于拍摄干涉 条纹所形成的干涉图像。 5.根据权利要求2所述的一种基于双光束干涉的非接触式空间物质分布检测系统， 其 特征在于： 所述第二偏振片的透光轴方向平行于所述激光器射出的线偏振光的偏振方向。 6.根据权利要求5所述的一种基于双光束干涉的非接触式空间物质分布检测系统， 其 特征在于： 所述 λ/4波片的光轴方向与第二偏振片射出的偏振光的振动方向成45 °的夹角。 7.根据权利要求3所述的一种基于双光束干涉的非接触式空间物质分布检测系统， 其 特征在于： 所述 沃拉斯顿棱镜与第一透 镜的主光轴垂直。 8.根据权利要求7所述的一种基于双光束干涉的非接触式空间物质分布检测系统， 其 特征在于： 所述第一偏振片的透光轴方向与通过所述沃拉斯顿棱镜剪切后的两束相互垂 直权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115060651 A 2的光的偏振方向均成45 °的夹角。 9.一种基于双光束干涉的非接触式空间物质分布检测方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： 向待测区域中的待测物体的不同截面上分别发射 为圆偏振光的平行激光束； 将透过待测区域中的待测物体后的平行激光束 进行聚焦； 将聚焦后的光束剪切成两束偏振方向相互垂直的光束； 将两束偏振方向相互垂直的光的偏振方向归一化， 使归一化后的两束光发生干涉形成 干涉条纹； 接收干涉 条纹所形成的干涉图像； 将待测物体的不同截面上的干涉条纹进行堆叠， 并根据堆叠后的干涉条纹信 息获取待 测物体的物理量的三维分布信息， 实现待测物体的物理量的空间物质分布检测。 10.根据权利要求9所述的一种基于双光束干涉的非接触式空间物质分布检测方法， 其 特征在于： 还包括建立三 维坐标系， 将z轴的方向作为所述光源发射装置发射的射向待测区 域的平行激光束的方向； 当通过所述待测区域的两条共轭光线之间的距离为d， 则当所述待测区域的两条共轭 光线之间的距离d与所述待测区域的视场直径H的比值d/H＜＜1时， 两条共轭光线都在 待测 区域域中穿过； 所述两条共 轭光线的光 程差ΔL为： 其中两条共 轭光线相对于y轴的位置分别为y+(d/2)和y ‑(d/2)； 其中所述待测区域 位于 与 之间； 其中n为所述待测区域的折 射率； 则所述干涉 条纹产生亮条纹的条件是： 其中λ为激光束的波长， 0, ±1,±2,…是亮条纹的条纹级数； 每两个相邻的干涉亮条纹之间会有一个暗条纹， 则所述干涉条纹产生暗条纹的条件 是： 其中 是暗条纹的条纹级数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115060651 A 3