CN108254935B - 偏振片与mse诊断系统视线轴线对准的调整方法及装备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种偏振片与MSE诊断系统视线轴线对准的调整方法及装备，从MSE诊断系统视线窗口出射平行光源，设置辅助调整机构，是在平行光源的出射光路上设置第一凸透镜、半透半反镜、平面镜、等腰直角棱镜及第二凸透镜；第一凸透镜的光轴与MSE诊断系统视线中心线重合；偏振片轴线与平面镜中心线重合；等腰直角棱镜直角角平分线与偏振片轴线垂直，其直角顶点与平面镜至半透半反镜中心点垂直距离相等；平行光源经辅助调整机构由第二凸透镜汇聚成两个光点；调整偏振片的朝向，直至两个光点重合即完成偏振片与MSE诊断系统视线轴线对准的调整。本发明实现了偏振片轴线与MSE诊断系统视线中心线的快速精确对准，操作简便高效，满足MSE诊断系统标定需求。

Description

偏振片与MSE诊断系统视线轴线对准的调整方法及装备
技术领域
本发明涉及EAST托卡马克装置等离子体诊断领域，具体涉及应用在运动斯塔克效应(MSE)诊断系统中，实现偏振片轴线与MSE诊断系统视线中心线对准的调整方法，以及用于MSE诊断系统的精确标定装备。
背景技术
为使MSE诊断系统能够准确获取EAST托卡马克装置中安全因子的径向分布，需要对MSE诊断系统进行光学标定实验，包括需要实现偏振片轴线与MSE诊断系统视线中心线对准的调整。但是，目前仅仅通过目测的方式大致实现偏振片轴线与MSE诊断系统视线中性线的对准，其标定方式随意性较大，标定精度得不到保证。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种偏振片与MSE诊断系统视线轴线对准的调整方法及装备，用于实现偏振片轴线与MSE诊断系统视线中心线快速精确对准的调整要求，避免借助外部设备，简化测量步骤，使操作简便高效。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：
本发明偏振片与MSE诊断系统视线轴线对准的调整方法的特点是：
从MSE诊断系统视线窗口出射平行光源，设置辅助调整机构，是在所述平行光源的出射光路上依次设置第一凸透镜、半透半反镜以及平面镜，半透半反镜处在第一凸透镜焦点以外的位置上；在半透半反镜的两侧分别设置等腰直角棱镜和第二凸透镜；其中第一凸透镜的光轴与MSE诊断系统视线中心线重合，偏振片位于平面镜的背部，偏振片的轴线与平面镜的中心线重合，等腰直角棱镜的直角角平分线与偏振片的轴线垂直；设置等腰直角棱镜的直角顶点至半透半反镜的中心点的垂直距离与平面镜至半透半反镜的中心点垂直距离为相等；所述半透半反镜、平面镜、等腰直角棱镜、第二凸透镜以及偏振片组成相对位置固定的联动结构；
所述平行光源通过第一凸透镜，经半透半反镜透射形成第一光束，并经半透半反镜反射形成第二光束；所述第一光束依次经平面镜反射、再经半透半反镜反射至第二凸透镜汇聚成第一光点D1；所述第二光束依次经等腰直角棱镜反射，再经半透半反镜透射至第二凸透镜汇聚成第二光点D2；调整偏振片的朝向，使所述联动结构得到同步调整，直至第一光点D1与第二光点D2重合，实现偏振片的轴线与MSE诊断系统视线的中心线的对准。
本发明光学标定转台的结构特点是：光学标定转台从下往上依次设置有A组件、B组件、C组件和D组件共四个运动组件，构成四维光学标定转台；所述A组件，具有直线轨道以及在能够在直线轨道上水平滑动的滑动结构，在所述滑动结构上固定设置升降结构；所述B组件，是在随升降结构升降的顶板上设置能够水平转动的B组件转盘，所述B组件转盘的一侧固联有B组件竖向侧板；所述C组件，是在B组件竖向侧板的一侧设置能够在竖向平面内转动的C组件转盘，在所述C组件转盘的一侧固定设置C组件竖向侧板，C组件竖向侧板与B组件竖向侧板分处在相互垂直的竖向平面中；所述D组件，以所述C组件竖向侧板为D组件基座，在D组件基座的一侧设置能够在竖向平面内转动的D组件转盘，在D组件转盘上利用旋转安装座安装偏振片；作为光源的激光发射器和LED电路板固定设置在D组件基座上，使激光发射器的出射光束沿D组件转盘的转轴方向，所述LED电路板的出射光投向偏振片形成偏振光源；在所述D组件基座上安装有倾角仪，利用倾角仪检测D组件转盘的转轴相对于水平面的倾角。
本发明利用光学标定转台实现MSE诊断系统标定的方法的特点是按如下步骤进行：
步骤1：将所述转台置于EAST托卡马克装置真空室内，使转台中A组件的直线轨道沿着中性束方向，D组件轴线基本沿MSE诊断系统的视线方向，朝向MSE诊断系统光源收集窗口，完成安装；
步骤2：调整A组件中升降结构的高度，至D组件轴线基本与MSE系统光源收集窗口呈水平；开启激光发射器，产生定位激光光束，控制A组件滑动结构平移运行到直线轨道的一端头，处于初始位置上；
步骤3：控制B组件转盘和C组件转盘的转动，使激光发射器的出射光束分别沿中性束方向、与真空室内环左侧水平相切、与真空室内环右侧水平相切，以及沿MSE诊断系统的视线方向，一一对应纪录B组件转盘的旋转角度
Figure BDA0001545898260000021
和
Figure BDA0001545898260000022
以及激光束沿中性束方向和沿MSE诊断系统的视线方向时，由倾角仪测量分别获得的倾角βB与βS，完成后关闭激光发射器；
步骤4：打开由MSE诊断系统视线窗口出射的平行光源，控制B组件转盘和C组件转盘的转动以调整偏振片的朝向，使所述联动结构得到同步调整，直至第二凸透镜汇聚的第一光点D1与第二光点D2重合，使偏振片的轴线与MSE诊断系统的视线中心线重合；
步骤5：控制D组件转盘按设定的角度间隔旋转，对应产生各角度的偏振光，每旋转2度，启动MSE诊断系统进行测试，直至D组件转盘旋转一周，完成一次标定实验；
步骤6：控制A组件沿水平直线轨道平移至下一位置，重复步骤3-步骤5的过程依次进行标定实验，直至A组件水平直线轨道另一端，完成整个标定过程。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明用于实现偏振片与MSE诊断视线轴线对准的调整方法可实现标定偏振片轴线与MSE诊断系统的视线中心线的精确对准，在标定实验中，极大地提高对MSE诊断系统的标定精度。
2、本发明中光学标定转台能够进行四个维度上的运动，空间运动灵活，定位精度高，能够精确产生各种所需角度的偏振光，且能沿EAST托卡马克装置中的中性束方向上任意位置对MSE诊断系统进行标定，充分满足对EAST装置中MSE诊断系统的标定实验需求；
3、本发明标定过程是利用转台自身机构确定中性束与MSE诊断的视线的空间角度，计算获得偏振光的空间方向，不需要借助外部测量仪器，既能产生标定实验所需偏振光，又能自身确定偏振光的空间位置方向，极大地简化了对MSE诊断系统的标定实验的流程，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明中辅助调整机构示意图；
图2为本发明中光学标定转台结构示意图；
图3为本发明光学标定转台中D组件局部放大示意图；
图4为本发明光学标定转台中D组件另一视角示意图。
图中标号：1直线轨道，2滑动结构，3第一电机，4升降结构，5调节手轮，6顶板，7为B组件转盘，8第二电机，9为B组件竖向侧板，10为C组件转盘，11第三电机，12为C组件竖向侧板，13为D组件转盘，14第四电机，15为LED电路板电源，16偏振片，17旋转安装座，18螺纹调节旋钮，19倾角仪，20为LED电路板，21激光发射器，22第一凸透镜，23半透半反镜，24平面镜，25等腰直角棱镜，26第二凸透镜。
具体实施方式
参见图1，本实施例中偏振片与MSE诊断系统视线轴线对准的调整方法是：
从MSE诊断系统视线窗口出射平行光源，设置辅助调整机构，是在平行光源的出射光路上依次设置第一凸透镜22、半透半反镜23以及平面镜24，半透半反镜23处在第一凸透镜22焦点以外的位置上；在半透半反镜23的两侧分别设置等腰直角棱镜25和第二凸透镜26；其中第一凸透镜22的光轴与MSE诊断系统视线中心线重合，偏振片16位于平面镜24的背部，偏振片16的轴线与平面镜24的中心线重合，等腰直角棱镜25的直角角平分线与偏振片16的轴线垂直；设置等腰直角棱镜25的直角顶点至半透半反镜23的中心点的垂直距离与平面镜24至半透半反镜的中心点垂直距离为相等；半透半反镜23、平面镜24、等腰直角棱镜25、第二凸透镜26以及偏振片16组成相对位置固定的联动结构。
平行光源通过第一凸透镜22，经半透半反镜23透射形成第一光束，并经半透半反镜23反射形成第二光束；第一光束依次经平面镜24反射、再经半透半反镜23反射至第二凸透镜26汇聚成第一光点D1；第二光束依次经等腰直角棱镜25反射，再经半透半反镜23透射至第二凸透镜26汇聚成第二光点D2；调整偏振片16的朝向，使联动结构得到同步调整，直至第一光点D1与第二光点D2重合，实现偏振片16的轴线与MSE诊断系统视线的中心线的对准。
参见图2、图3和图4，本实施例中光学标定转台从下往上依次设置有A组件、B组件、C组件和D组件共四个运动组件，构成四维光学标定转台；A组件，具有直线轨道1以及在能够在直线轨道1上水平滑动的滑动结构2，在滑动结构2上固定设置升降结构4，采用剪叉式升降结构；B组件，是在随升降结构4升降的顶板6上设置能够水平转动的B组件转盘7，B组件转盘7的一侧固联有B组件竖向侧板9；C组件，是在B组件竖向侧板9的一侧设置能够在竖向平面内转动的C组件转盘10，在C组件转盘10的一侧固定设置C组件竖向侧板12，C组件竖向侧板12与B组件竖向侧板9分处在相互垂直的竖向平面中；D组件，以C组件竖向侧板12为D组件基座，在D组件基座的一侧设置能够在竖向平面内转动的D组件转盘13，D组件转盘13的转轴沿C组件竖向侧板12的法向，在D组件转盘13上利用旋转安装座17安装偏振片16，使偏振片16能够随D组件转盘13转动，用于产生不同偏振角度的偏振光；作为光源的激光发射器21和LED电路板20，以及LED电路板电源15均固定设置在D组件基座即C组件竖向侧板12上，使激光发射器21的出射光束沿D组件转盘13的转轴方向，即沿偏振片16的轴线方向，LED电路板20的出射光通过C组件竖向侧板12及C组件转盘10的中心通孔投向偏振片16形成偏振光源；在D组件基座上安装有倾角仪19，利用倾角仪19检测标定实验中转台运动到指定位置时D组件转盘13的转轴相对于水平面的倾角；在旋转安装座17上具有螺纹调节旋钮18，利用螺纹调节旋钮18可以精确调节偏振片16的透光轴位置，以便精确获得所角度的偏振光。
具体实施中，为了实现自动调整控制，相应的结构形式也包括：
在直线轨道1的一端设置第一电机3，第一电机3为步进电机，利用第一电机3通过蜗轮蜗杆传动结构驱动滑动结构2在直线轨道1上的水平直线运动；针对剪叉式升降结构4设置调节手轮5，利用调节手轮5手动调整升降结构4的升降高度，即调节顶板6的高度，B组件、C组件和D组件随顶板6升降；在B组件基座上设置第二电机8，第二电机8为步进电动机，利用第二电机8通过齿轮传动结构驱动B组件转盘7在水平面中的旋转运动，实现偏摆运动；在C组件基座上设置第三电机11，第三电机11同样采用步进电机，利用第三电机11通过齿轮传动结构驱动C组件转盘10的在竖直平面中的旋转运动，实现俯仰运动；在D组件基座上设置第四电机14，第四电机14亦为步进电机，利用第四电机14通过齿轮传动结构驱动D组件转盘13在竖直平面中的旋转运动，利用其带动偏振片旋转，产生所需偏振角度的偏振光。
配套设置PC机以及转台控制器，PC机运行基于LabVIEW语言开发的上位机软件，用于发出控制命令以及记录数据；转台控制器主要包括DMC-B140-M步进电机控制器以及步进电机驱动器，用于驱动各步进电机的转动，实现转台四个维度上的自由运动。
本实施例中利用图2所示的光学标定转台按如下步骤实现MSE诊断系统的标定：
步骤1：将转台置于EAST托卡马克装置真空室内，使转台中A组件的直线轨道1沿着中性束方向，D组件轴线基本沿MSE诊断系统的视线方向，朝向MSE诊断系统光源收集窗口，完成安装。
步骤2：调整A组件中升降结构4的高度，至D组件轴线基本与MSE系统光源收集窗口呈水平；开启激光发射器21，产生定位激光光束，控制A组件滑动结构2平移运行到直线轨道1的一端头，处于初始位置上。
步骤3：控制B组件转盘7和C组件转盘10的转动，使激光发射器21的出射光束分别沿EAST托卡马克装置中性束方向、与EAST托卡马克装置真空室内环左侧水平相切、与EAST托卡马克装置真空室内环右侧水平相切，以及沿MSE诊断系统的视线方向，一一对应纪录转动到各指定位置时B组件转盘7的旋转角度
Figure BDA0001545898260000051
和
Figure BDA0001545898260000052
并记录激光束沿中性束方向时，由倾角仪19测量获得的倾角βB，以及激光束沿MSE诊断系统的视线方向时，由倾角仪19测量获得的倾角βS；完成后关闭激光发射器21；则：
中性束方向在水平面上的投影线与EAST装置的水平环向切线的夹角αB为：
Figure BDA0001545898260000053
MSE诊断系统的视线方向在水平面上的投影线与EAST装置水平环向切线的夹角αS为：
Figure BDA0001545898260000054
利用αB、αS、βB和βS确定中性束的空间方向和MSE诊断系统的视线的空间方向。
步骤4：打开由MSE诊断系统视线窗口出射的平行光源，控制B组件转盘7和C组件转盘10的转动以调整偏振片16的朝向，使联动结构得到同步调整，直至第二凸透镜26汇聚的第一光点D1与第二光点D2重合，使偏振片16的轴线与MSE诊断系统的视线中心线重合。
步骤5：控制D组件转盘13按设定的角度间隔旋转，对应产生各角度的偏振光，每旋转2度，启动MSE诊断系统进行测试，直至D组件转盘13旋转一周，完成一次标定实验；
步骤6：控制A组件沿水平直线轨道1平移至下一位置，重复步骤3-步骤5的过程依次进行标定实验，直至A组件水平直线轨道1另一端，完成整个标定过程。

Claims (2)

1.一种光学标定转台，其特征是：所述光学标定转台从下往上依次设置有A组件、B组件、C组件和D组件共四个运动组件，构成四维光学标定转台；所述A组件，具有直线轨道(1)以及在能够在直线轨道(1)上水平滑动的滑动结构(2)，在所述滑动结构(2)上固定设置升降结构(4)；所述B组件，是在随升降结构(4)升降的顶板(6)上设置能够水平转动的B组件转盘(7)，所述B组件转盘(7)的一侧固联有B组件竖向侧板(9)；所述C组件，是在B组件竖向侧板(9)的一侧设置能够在竖向平面内转动的C组件转盘(10)，在所述C组件转盘(10)的一侧固定设置C组件竖向侧板(12)，C组件竖向侧板(12)与B组件竖向侧板(9)分处在相互垂直的竖向平面中；所述D组件，以所述C组件竖向侧板(12)为D组件基座，在D组件基座的一侧设置能够在竖向平面内转动的D组件转盘(13)，在D组件转盘(13)上利用旋转安装座(17)安装偏振片(16)；作为光源的激光发射器(21)和LED电路板(20)固定设置在D组件基座上，使激光发射器(21)的出射光束沿D组件转盘(13)的转轴方向，所述LED电路板(20)的出射光投向偏振片(16)形成偏振光源；在所述D组件基座上安装有倾角仪(19)，利用倾角仪(19)检测D组件转盘(13)的转轴相对于水平面的倾角。
2.利用权利要求1所述的光学标定转台实现MSE诊断系统标定的方法，其特征是：从MSE诊断系统视线窗口出射平行光源，设置辅助调整机构，是在所述平行光源的出射光路上依次设置第一凸透镜(22)、半透半反镜(23)以及平面镜(24)，半透半反镜(23)处在第一凸透镜(22)焦点以外的位置上；在半透半反镜(23)的两侧分别设置等腰直角棱镜(25)和第二凸透镜(26)；其中第一凸透镜(22)的光轴与MSE诊断系统视线中心线重合，偏振片(16)位于平面镜(24)的背部，偏振片(16)的轴线与平面镜(24)的中心线重合，等腰直角棱镜(25)的直角角平分线与偏振片(16)的轴线垂直；设置等腰直角棱镜(25)的直角顶点至半透半反镜(23)的中心点的垂直距离与平面镜(24)至半透半反镜的中心点垂直距离为相等；所述半透半反镜(23)、平面镜(24)、等腰直角棱镜(25)、第二凸透镜(26)以及偏振片(16)组成相对位置固定的联动结构；所述平行光源通过第一凸透镜(22)，经半透半反镜(23)透射形成第一光束，并经半透半反镜(23)反射形成第二光束；所述第一光束依次经平面镜(24)反射、再经半透半反镜(23)反射至第二凸透镜(26)汇聚成第一光点D1；所述第二光束依次经等腰直角棱镜(25)反射，再经半透半反镜(23)透射至第二凸透镜(26)汇聚成第二光点D2；所述实现MSE诊断系统标定的方法按如下步骤进行：
步骤1：将所述转台置于EAST托卡马克装置真空室内，使转台中A组件的直线轨道(1)沿着中性束方向，D组件轴线基本沿MSE诊断系统的视线方向，朝向MSE诊断系统光源收集窗口，完成安装；
步骤2：调整A组件中升降结构(4)的高度，至D组件轴线基本与MSE系统光源收集窗口呈水平；开启激光发射器(21)，产生定位激光光束，控制A组件滑动结构(2)平移运行到直线轨道(1)的一端头，处于初始位置上；
步骤3：控制B组件转盘(7)和C组件转盘(10)的转动，使激光发射器(21)的出射光束分 别沿中性束方向、与真空室内环左侧水平相切、与真空室内环右侧水平相切，以及沿MSE诊 断系统的视线方向，一一对应纪录B组件转盘(7)的旋转角度
Figure 638085DEST_PATH_IMAGE001
1、
Figure 330097DEST_PATH_IMAGE001
2、
Figure 67109DEST_PATH_IMAGE001
3和
Figure 590494DEST_PATH_IMAGE001
4，以及激光束 沿中性束方向和沿MSE诊断系统的视线方向时，由倾角仪(19)测量分别获得的倾角
Figure 958022DEST_PATH_IMAGE002
B与
Figure 199647DEST_PATH_IMAGE002
S，完成后关闭激光发射器(21)；
步骤4：打开由MSE诊断系统视线窗口出射的平行光源，控制B组件转盘(7)和C组件转盘(10)的转动以调整偏振片(16)的朝向，使所述联动结构得到同步调整，直至第二凸透镜(26)汇聚的第一光点D1与第二光点D2重合，使偏振片(16)的轴线与MSE诊断系统的视线中心线重合；
步骤5：控制D组件转盘(13)按设定的角度间隔旋转，对应产生各角度的偏振光，每旋转2度，启动MSE诊断系统进行测试，直至D组件转盘(13)旋转一周，完成一次标定实验；
步骤6：控制A组件沿水平直线轨道(1)平移至下一位置，重复步骤3-步骤5的过程依次进行标定实验，直至A组件水平直线轨道(1)另一端，完成整个标定过程。
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