CN103630089B - 一种双色光差动自准直仪示值补偿系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及几何量计量测试仪器技术领域，具体公开了一种双色光差动自准直仪示值补偿系统及方法。该系统包括被测反光镜、双色分光镜以及自准直仪，其中，在自准直仪与被测反光镜直接固定设有双色分光镜，且双色分光镜要靠近被测反光镜，自准直仪能够同时射出波长为a的a光和波长为b的b光的混合光，且双色分光镜对a光具有高反射率，对b光具有高透率。系统能够利用双色光，以及双色分光镜对两种光分别进行反射和透射，由于被测反光镜和双色分光镜的位置相近，示值漂移对两镜是相同的，因此差分后可有效减小自准直仪的示值漂移，同时对气流、仪器本身原因引起的示值跳动，具有较好的抑制作用。

Description

一种双色光差动自准直仪示值补偿系统及方法

技术领域

本发明属于几何量计量测试仪器技术领域，具体涉及一种双色光差动自准直仪示值补偿系统及方法。

背景技术

自准直仪是应用最广泛的小角度测量仪器，用于测量反光镜微小的角位移，其示值的漂移是由环境条件影响和仪器内部原因引起的，仪器光源的热量、电子元件工作中的热、漂移、机械固定的稳定性、环境温度的变化都会引起示值漂移。漂移过程比较缓慢，尽管可以从仪器结构和环境条件中采取多种措施进行改善，但仍很难满足精密测量的要求，从而使测量误差增大、测量数据不回零。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双色光差动自准直仪示值补偿系统及方法，可以对自准直仪进行自动补偿，以减小光电自准直仪的示值漂移和示值跳动量。

本发明的技术方案如下：一种双色差动自准直仪示值补偿系统，该系统包括被测反光镜、双色分光镜以及自准直仪，其中，在自准直仪与被测反光镜直接固定设有双色分光镜，且双色分光镜要靠近被测反光镜，自准直仪能够同时射出波长为a的a光和波长为b的b光的混合光，且双色分光镜对a光具有高反射率，对b光具有高透率。

所述的自准直仪中能够同时产生a光和b光的结构包括分光棱镜4、a光光源以及b光光源，其中，b光光源置于分光棱镜分光面对b光透射率高反射率低的一面，a光光源置于分光棱镜分光面对a光反射率高透射率低的另一面，a光光源与b光光源垂直，且分别在a光光源与b光光源入射分光棱镜的光路上，分别设有a光聚光镜组和b光聚光镜组。

所述的a光聚光镜组可以将a光光源发出的a光形成平行光；所述的b光聚光镜组可以将b光光源发出的b光形成平行光。

一种采用所述一种双色差动自准直仪示值补偿系统的补偿方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤1、将双色分光镜固定在自准直仪与被测反光镜之间，并尽可能靠近被测反光镜，启动自准直仪，发射包含a光和b光的混合光源；

步骤2、调整双色分光镜直接反射回的a光的自准直像位置，避开测角时被测反光镜反射回b光的自准直像位置覆盖范围；

步骤3、自准直仪对a光和b光自准直像的位置进行差分输出，差分后测出被测反光镜的角位移，并补偿自准直仪的示值漂移和跳字。

本发明的显著效果在于：本发明所述的一种双色光差动自准直仪示值补偿系统及方法中，能够利用自准直仪产生的双色光，以及双色分光镜对两种光分别进行反射和透射，由于被测反光镜和双色分光镜的位置相近，仪器本身原因、机械固定的可靠性以及环境温度变化等因素引起的示值漂移对两镜是相同的，因此差分后可有效减小自准直仪的示值漂移，同时对气流、仪器本身原因引起的示值跳动，具有较好的抑制作用。

附图说明

图1为一种双色光差动自准直仪示值补偿系统示意图；

图2为图1中双色光差动自准直仪示值补偿系统中双色光源结构示意图；

图3为采用本发明所述补偿系统和方法后自准直仪示值漂移量对比曲线图；

图4为采用本发明所述补偿系统和方法后自准直仪示值跳动量对比曲线图；

图中：1、被测反光镜；2、双色分光镜；3、自准直仪；4、分光棱镜；5、a光聚光镜组；6、a光光源；7、b光聚光镜组；8、b光光源；9、不采用补偿系统和方法的示值漂移量实验曲线；10、采用补偿系统和方法的示值漂移量实验曲线；11、不采用补偿系统和方法的示值跳动量实验曲线；12、采用补偿系统和方法的示值跳动量实验曲线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、图2所示，一种双色光差动自准直仪示值补偿系统，包括被测反光镜1、双色分光镜2、自准直仪3，在尽可能靠近自准直仪3正前方的被测反光镜1处，牢固地固定有一块不动的双色分光镜2，其中，双色分光镜2能够对自准直仪3同时射出波长为a的a光直接反射，对射出波长为b的b光透射；在自准直仪3中同时产生波长为a和b的结构包括分光棱镜4、a光光源6以及b光光源8，其中，b光光源8发射b光，并经过b光光源8前放置的b光聚光镜组7形成平行光后，垂直入射分光棱镜4的一个面，分光棱镜4的分光面对b光透射率高而发射率低，因此，b光主要被分光棱镜4透射；在分光棱镜的另一个垂直面前方，依次设有a光聚光镜组7及a光光源，a光光源产生的a光经过a光聚光镜组件7后，垂直入射分光棱镜4，分光棱镜4的分光面对a光发射率高而透射率低，因此，a光经过分光棱镜4分光面反射后，与经过分光棱镜4分光面透射的b光混合后，从自准直仪3射出；a光、b光混合光经过双色分光镜2后，绝大部分a光经由双色分光镜2直接反射至自准直仪3，绝大部分b光透过双色分光镜2后，经由被测反光镜1反射后，透射过双色分光镜2后射入自准直仪3，两束不同的返回光，经自准直仪3物镜形成各自的自准直像，成像在自准直仪的光电转换元件（CCD）不同位置上，由于被测反光镜1和双色分光镜2的位置相近，仪器本身原因、机械固定的可靠性以及环境温度变化等因素引起的示值漂移对两镜是相同的，因此差分后可有效减小自准直仪的示值漂移，同时对气流、仪器本身原因引起的示值跳动，也有抑制作用。

一种利用该双色光差动自准直仪示值补偿系统的补偿方法，具体步骤为：

步骤1、将双色分光镜2固定在自准直仪3与被测反光镜1之间，并尽可能靠近被测反光镜1，启动自准直仪3，发射包含a光和b光的混合光源；

步骤2、调整双色分光镜2直接反射回的a光的自准直像位置，避开测角时被测反光镜1反射回b光的自准直像位置覆盖范围；

步骤3、自准直仪3对a光和b光自准直像的位置进行差分输出，差分后测出被测反光镜1的角位移，并补偿自准直仪的示值漂移和跳字。

如图3所示，采用该双色光差动自准直仪示值补偿系统及方法对示值漂移的补偿经过6个小时的试验后，不采用自动补偿的示值漂移的实验曲线9中，示值漂移峰谷值（PV）为0.31″，采用自动补偿的示值漂移的实验曲线10中，示值漂移峰谷值（PV）为0.13"；图4所示，采用该双色光差动自准直仪示值补偿系统及方法对减小示值跳动量的试验中，连续采样1000个示值。采样间隔时间约25ms，示值跳动量的标准偏差由不加补偿的0.0863"减小到补偿后的0.0278"，峰谷值(PV)由不加补偿的0.7212"减小到补偿后的0.2373"。

Claims (1)

1.一种双色差动自准直仪示值补偿系统的补偿方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

构建双色差动自准直仪示值补偿系统：该系统包括被测反光镜(1)、双色分光镜(2)以及自准直仪(3)，其中，在自准直仪(3)与被测反光镜(1)之间固定设有双色分光镜(2)，且双色分光镜(2)要靠近被测反光镜(1)，自准直仪(3)能够同时射出波长为a的a光和波长为b的b光的混合光，且双色分光镜(2)对a光具有高反射率，对b光具有高透率；自准直仪(3)中能够同时产生a光和b光的结构包括分光棱镜(4)、a光光源(6)以及b光光源(8)，其中，b光光源(8)置于分光棱镜(4)分光面对b光透射率高反射率低的一面，a光光源(6)置于分光棱镜(4)分光面对a光反射率高透射率低的另一面，a光光源(6)与b光光源(8)垂直，且分别在a光光源(6)与b光光源(8)入射分光棱镜(4)的光路上，分别设有a光聚光镜组(5)和b光聚光镜组(7)；a光聚光镜组(5)可以将a光光源(6)发出的a光形成平行光；所述的b光聚光镜组(7)可以将b光光源(8)发出的b光形成平行光；

步骤1、将双色分光镜固定在自准直仪与被测反光镜之间，并尽可能靠近被测反光镜，启动自准直仪，发射包含a光和b光的混合光源；

步骤2、调整双色分光镜直接反射回的a光的自准直像位置，避开测角时被测反光镜反射回b光的自准直像位置覆盖范围；

步骤3、自准直仪对a光和b光自准直像的位置进行差分输出，差分后测出被测反光镜的角位移，并补偿自准直仪的示值漂移和跳字。