CN100489470C - 角振动激光干涉测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对旋转台面的角振动进行角振动精确测量和分析的角振动激光干涉测量方法及装置。激光器发出的激光经过透镜、光阑、透镜后实现准直，然后经平行分光单元后，形成平行的两束测量光，其中一路光经过声光调制器调制后，通过两个平面反射镜入射到光栅，另一路光经另外的两个平面反射镜入射到光栅，在光栅表面形成衍射光，两束光的衍射光重合干涉，通过接收透镜、平面反射镜到达光电转换器表面，转换为电压信号，经电混频降频处理单元后到达数据采集和处理单元完成角振动的测量。本发明采用的准直单元保证了到达光栅表面的测量光束为平面波；采用声光调制器和电混频降频技术提高信号信噪比，实现信号正交化；采用光栅作为合作目标，提高信噪比和抗衡向能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种对旋转台面的角振动进行角振动精确测量和分析的角振动激光干涉测量方法及装置。
背景技术
目前已经公开的用于角振动测量领域的方案按照光入射方向(或平面)和运动方向之间的关系大体分两种：轴向测量和纵向测量。轴向测量采用角度编码器，而纵向测量是表面测量，合作目标为任意表面、角锥棱镜或光栅。
采用角度编码器进行角振动测量，其频率上限受到了限制。利用精细刻线光栅的衍射和干涉产生信号，光栅以辐射状刻划在圆周，其运动产生的干涉条纹的相位变化代表了角位移过程。
中国专利03130390.0公开了一种激光振动检测方法及其实施装置。它是由激光器、激光器电源、聚焦透镜、透射光栅、光阑、1/4波片、反射棱镜、聚焦透镜、透镜、沃拉斯顿棱镜、两个光电接收器、放大电路单元、信号处理单元组成，还包括混频元件。其检测方法是将激光器发出的激光束经透镜聚焦，使聚焦后的光束投射到透射光栅发生衍射，生成的衍射光再经另光阑过滤后，使其中的一束光束经λ/4波片后与经过光阑的其余光束通过聚焦透镜汇聚于混频元件发生衍射，调节聚焦透镜的位置使所述一束光束与所述其余光束产生的衍射光重合，使重合的衍射光再回射到透镜，经由反射棱镜和透镜聚焦到分束器发生双折射现象，产生的光束，分别对应地用光电接收器、光电接收器接收并转变为电流信号，将电流信号经放大电路单元送入信号处理单元，使混频元件与被测物体一起振动。该发明的不足是，它仅适用于测量物体直线振动的场合。
发明内容
本发明目的是提供一种能够测量的角振动激光干涉测量方法及装置。本发明采用的技术方案是：角振动激光干涉测量方法，包括如下步骤：激光器发出的激光经过透镜、光阑、透镜后实现准直，然后经平行分光单元后，形成平行的两束测量光，其中一路光经过声光调制器调制后，通过两个平面反射镜入射到光栅，另一路光经另外的两个平面反射镜入射到光栅，在光栅表面形成衍射光，两束光的衍射光重合干涉，通过接收透镜、反射平面镜到达光电转换器表面，转换为电压信号，电混频降频处理单元后到达数据采集和处理单元完成角振动的测量。
测量装置包括激光器电源、激光器、透镜、光阑、平行分光单元、声光调制器电源、声光调制器、平面反射镜、光栅、接收透镜、反射平面镜、光电转换器件、电混频降频处理单元和数据采集和处理单元，激光电源与激光器连接，激光器发出的光经过透镜、光阑后到达另一透镜，经平行分光单元后的一路光经过声光调制器，通过两个平面反射镜入射到光栅，另一路光经另外的两个平面反射镜入射到光栅，通过接收透镜两束衍射光的重合光束到达反射平面镜，最后到达光电转换器。
平行分光单元由分光镜、反射镜组组成，将一束光分为两束平行光，能量比例为1：1，两束光的距离为一固定值。平面反射镜的组合将平行的两束测量光按照光栅所要求的角度聚到光栅表面。光栅为反射式柱面衍射光栅或平面光栅。接收透镜接收光栅衍射的一路或者多路衍射干涉光。电混频降频处理单元为混频器和滤波器的组合。本发明采用透镜、光阑、组成了激光光束准直，保证了到达光栅表面的测量光束为平面波；平行分光单元容易实现分光比、分光距离满足干涉要求的功能，分光距离调节简单易行。声光调制器可以提高信号信噪比，实现向信号正交化。采用光栅作为合作目标，提高了信号信噪比和抗衡向能力，接收透镜进一步提高了光学系统的抗横向能力，电混频单元实现了信号正交化。
附图说明
图1为本发明实施例一的激光测量系统结构示意图；
图2为本发明实施例二的激光测量系统结构示意图。
具体实施方式
角振动激光干涉测量装置包括激光器电源1、激光器2、第一透镜3、光阑4、第二透镜5、平行分光单元6、声光调制器电源11、声光调制器10、两个平面反射镜12和13及另外两个平面反射镜14和15、光栅16、接收透镜17、反射平面镜18、光电转换器件19、电混频降频处理单元20和数据采集和处理单元21，激光电源与激光器连接，激光器发出的光经过第一透镜3、光阑4后到达第二透镜5，经平行分光单元6后的一路光经过声光调制器10，通过两个平面反射镜12和13入射到光栅16，另一路光经另外两个平面反射镜14和15入射到光栅16，通过接收透镜17两束衍射光的重合光束到达反射平面镜18，最后到达光电转换器19。
平行分光单元6由分光镜7、反射镜8和9组成，或分光比、分光距离满足要求的其它光学器件22或其组合。
两个平面反射镜12和13及另外两个平面反射镜14和15的组合将平行的两束测量光按照光栅所要求的角度聚到光栅表面。
光栅16为反射式柱面衍射光栅，或平面光栅。
接收透镜17接收光栅衍射的一路或者多路衍射干涉光。
其测量方法是，激光器2发出的激光经过第一透镜3、光阑4、第二透镜5后实现准直，然后经平行分光单元6后，形成平行的两束测量光，其中一路光经过声光调制器10调制后，通过两个平面反射镜12和13入射到光栅16，另一路光经另外两个平面反射镜14和15入射到光栅16，在光栅表面形成衍射光，两束光的衍射光重合干涉，通过接收透镜17、反射平面镜18到达光电转换器件19表面，转换为电压信号，电混频降频处理单元20后到达数据采集和处理单元21完成角振动的测量。
实施例一
角振动激光干涉测量装置包括激光器电源1、激光器2、第一透镜3、光阑4、第二透镜5、平行分光单元6、声光调制器电源11、声光调制器10、两个平面反射镜12和13及另外两个平面反射镜14和15、光栅16、接收透镜17、反射平面镜18、光电转换器件19、电混频降频处理单元20和数据采集和处理单元21，激光电源与激光器连接，激光器发出的光经过第一透镜3、光阑4后到达第二透镜5，经平行分光单元6后的一路光经过声光调制器10，通过两个平面反射镜12和13入射到光栅16，另一路光经另外两个平面反射镜14和15入射到光栅16，通过接收透镜17两束衍射光的重合光束到达反射平面镜18，最后到达光电转换器19。平行分光单元6由分光镜7、反射镜8、9组成，两个平面反射镜12和13及另外两个平面反射镜14和15的组合将平行的两束测量光按照光栅所要求的角度聚到光栅表面。
光栅16为反射式柱面衍射光栅，或平面光栅。
接收透镜17接收光栅衍射的一路或者多路衍射干涉光。
其测量方法是，激光器2发出的激光经过第一透镜3、光阑4、第二透镜5后实现准直，然后经平行分光单元6后，形成平行的两束测量光，其中一路光经过声光调制器10调制后，通过两个平面反射镜12和13入射到光栅16，另一路光经另外两个平面反射镜14和15入射到光栅16，在光栅表面形成衍射光，两束光的衍射光重合干涉，通过接收透镜17、反射平面镜18到达光电转换器件19表面，转换为电压信号，电混频降频处理单元20后到达数据采集和处理单元21完成角振动的测量。
实施例二
角振动激光干涉测量装置包括激光器电源1、激光器2、第一透镜3、光阑4、第二透镜5、平行分光单元22、声光调制器电源11、声光调制器10、两个平面反射镜12和13及另外两个平面反射镜14和15、光栅16、接收透镜17、反射平面镜18、光电转换器件19、电混频降频处理单元20和数据采集和处理单元21，激光电源与激光器连接，激光器发出的光经过第一透镜3、光阑4后到达第二透镜5，经平行分光单元22后的一路光经过声光调制器10，通过两个平面反射镜12和13入射到光栅16，另一路光经另外两个平面反射镜14和15入射到光栅16，通过接收透镜17两束衍射光的重合光束到达反射平面镜18，最后到达光电转换器19。两个平面反射镜12和13及另外两个平面反射镜14和15的组合将平行的两束测量光按照光栅所要求的角度聚到光栅表面。
光栅16为反射式柱面衍射光栅，或平面光栅。
接收透镜17接收光栅衍射的一路或者多路衍射干涉光。
其测量方法是，激光器2发出的激光经过第一透镜3、光阑4、第二透镜5后实现准直，然后经平行分光单元22后，形成平行的两束测量光，其中一路光经过声光调制器10调制后，通过两个平面反射镜12和13入射到光栅16，另一路光经另外两个平面反射镜14和15入射到光栅16，在光栅表面形成衍射光，两束光的衍射光重合干涉，通过接收透镜17、反射平面镜18到达光电转换器件19表面，转换为电压信号，电混频降频处理单元20后到达数据采集和处理单元21完成角振动的测量。
Claims (7)
1、一种角振动激光干涉测量方法，包括如下步骤：
激光器(2)发出的激光经过第一透镜(3)、光阑(4)、第二透镜(5)后实现准直，然后经平行分光单元(6)后，形成平行的两束测量光，其中一路光经过声光调制器(10)调制后，通过两个平面反射镜(12)(13)入射到光栅(16)，另一路光经另外两个平面反射镜(14)(15)入射到光栅(16)，在光栅表面形成衍射光，两束光的衍射光重合干涉，通过接收透镜(17)、反射平面镜(18)到达光电转换器(19)表面，转换为电压信号，经电混频降频处理单元(20)后到达数据采集和处理单元(21)完成角振动的测量。
2.一种角振动激光干涉测量装置，其特征是包括激光器电源(1)、激光器(2)、第一透镜(3)、光阑(4)、第二透镜(5)、平行分光单元(6)、声光调制器电源(11)、声光调制器(10)、两个平面反射镜(12)(13)及另外两个平面反射镜(14)(15)、光栅(16)、接收透镜(17)、反射平面镜(18)、光电转换器(19)、电混频降频处理单元(20)和数据采集和处理单元(21)，激光电源与激光器连接，激光器发出的光经过第一透镜(3)、光阑(4)后到达第二透镜(5)，经平行分光单元(6)后的一路光经过声光调制器(10)，通过两个平面反射镜(12)(13)入射到光栅(16)，另一路光经另外两个平面反射镜(14)(15)入射到光栅(16)，通过接收透镜(17)两束衍射光的重合光束到达反射平面镜(18)，最后到达光电转换器(19)。
3.根据权利要求2所述的一种角振动激光干涉测量装置，其特征是，平行分光单元(6)由分光镜(7)、两个反射镜(8)(9)组成，将一束光分为两束平行光，两束平行光的能量比为1∶1，两束平行光的距离为一固定值。
4.根据权利要求2所述的一种角振动激光干涉测量装置，其特征是，两个平面反射镜(12)(13)及另外两个平面反射镜(14)(15)的组合将平行的两束测量光按照光栅所要求的角度聚到光栅表面。
5.根据权利要求2所述的一种角振动激光干涉测量装置，其特征是，光栅为反射式柱面衍射光栅，或平面光栅。
6.根据权利要求2所述的一种角振动激光干涉测量装置，其特征是，接收透镜(17)接收光栅衍射的一路或者多路衍射干涉光。
7.根据权利要求2所述的一种角振动激光干涉测量装置，其特征是，电混频降频处理单元为混频器和滤波器的组合。
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| 利用反射式衍射光栅进行瞬态应变测量. 徐晓梅，李新良，连大鸿.航空计测技术，第20卷第3期. 2000 |
| 利用反射式衍射光栅进行瞬态应变测量. 徐晓梅，李新良，连大鸿.航空计测技术，第20卷第3期. 2000 * |
| 振动传感器的相位特性测量. 何天祥，薛景锋，张歆.航空计测技术，第19卷第5期. 1999 |
| 振动传感器的相位特性测量. 何天祥，薛景锋，张歆.航空计测技术，第19卷第5期. 1999 * |
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