CN111141931A - 一种用于激光干涉仪速度校准的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于激光干涉仪速度校准的装置和方法，目的是为了解决现有的激光干涉仪测速设备校准过程中缺乏标准速度源、难以保证校准精度的技术问题。采用如下技术方案：一种用于激光干涉仪速度校准的装置，它包括激光器、光电传感器、示波器、原向反射屏、转速可调圆盘、漫反射涂层、可升降平台、精密平移台、激光收发器、信号频谱分析仪和待校准激光干涉仪；其中转速可调圆盘作为速度源，其利用直流电源供电，可提供稳定的、可变的转速，转速可调圆盘旋转产生的切向速度分解后的纵向速度作为标准速度源速度。通过激光器、原向反射屏、光电传感器和示波器可精确测量转速可调圆盘的转速，即而得出标准速度源速度，减小校准误差。
Description
技术领域
本发明属于运动物体的速度测试校准技术领域，具体涉及一种用于激光干涉仪速度校准的装置和方法。
背景技术
随着科学技术发展，对于高速运动物体的测速方法层出不穷。例如在弹丸、弹片速度测量方面可采用定距测时法、多普勒频移法、超声测速法、光干涉测速法等。测量设备的成本、便携性，测量达到的精度等都是实验不可忽略的考虑因素。
在利用激光干涉仪测速时，为提高测速精度，我们会对测量设备进行校准，这是测速前期准备工作中不可忽略的重要一步。但是由于设备适用场合的特殊性，很难找出稳定的高速运动物体作为速度标准源。
在目前进行激光干涉仪测速设备校准方法中，校准过程中缺乏标准高速速度源，难以保证激光干涉仪速度校准的实用性、精确性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的激光干涉仪测速设备校准过程中缺乏标准速度源、难以保证校准精度的技术问题，提供一种用于激光干涉仪速度校准的装置和方法，以转速可调圆盘作为速度源，速度源的速度可调，校准精度高。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于激光干涉仪速度校准的装置，它包括激光器、光电传感器、示波器、原向反射屏、转速可调圆盘、漫反射涂层、可升降平台、精密平移台、激光收发器、信号频谱分析仪和待校准激光干涉仪；
所述原向反射屏设在转速可调圆盘的上面，所述转速可调圆盘设置在可升降平台的上面，所述转速可调圆盘的圆盘外周涂有漫反射涂层，所述可升降平台设置在精密平移台的上面；
所述激光器设在转速可调圆盘的正上方，所述光电传感器紧贴激光器的下面，所述光电传感器的中央设有方孔，所述光电传感器的信号输出端通过连接线与示波器的信号输入端连接，所述示波器用于记录转速可调圆盘的转速；
所述激光收发器的信号输入端通过连接线与待校准激光干涉仪的信号输出端连接，所述信号频谱分析仪的信号输入端通过连接线与待校准激光干涉仪的信号输出端连接。
进一步地，所述转速可调圆盘通过直流电源供电。
进一步地，所述原向反射屏为长条形且原向反射屏的长边沿转速可调圆盘的圆盘半径方向设置。
使用上述装置对激光干涉仪进行速度校准的方法，包括以下步骤：
1.将待校准激光干涉仪分别与激光收发器和信号频谱分析仪连接；
2.调节可升降平台使转速可调圆盘和激光收发器发出的激光光束在同一水平面上；调节精密平移台使激光收发器发出的激光光束所在的直线穿过转速可调圆盘的圆心，并将此时精密平移台的中心定义为原点；
3.激光器发出的激光从光电传感器的方孔中通过并照射到转速可调圆盘上的原向反射屏上，原向反射屏反射单色激光到光电传感器，光电传感器产生电信号通过连接线传输至示波器，读取示波器的示数即获得转速可调圆盘的转速ω；
4.激光收发器发出的激光光束经转速可调圆盘外周的漫反射涂层反射后，通过激光收发器传输到待校准的激光干涉仪中；
5.以1mm为单位向同一个方向逐次调节精密平移台，记录每次调节后精密平移台相对于原点的位移d、示波器的示数ω以及信号频谱分析仪0的波形峰值频率f，根据公式
V2＝ωd
计算此时的标准速度源速度V2，式中：V2是标准速度源速度，ω是示波器示数，即转速可调圆盘的转速，d是精密平移台相对于原点的位移；
然后通过信号频谱分析仪的波形峰值频率f和激光收发器发出的激光波长λ计算转速可调圆盘的理论速率，并将理论速率与标准速度源速度V2进行比较，从而达到校准激光干涉仪的目的。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用转速可调圆盘作为速度源，其利用直流电源供电，可提供稳定的、可变的转速，转速可调圆盘旋转产生的切向速度分解后的纵向速度作为标准速度源速度V2。
(2)转速可调圆盘外周涂有漫反射涂层，可产生待校准激光干涉仪所需漫反射信号。
(3)转速可调圆盘上贴有原向反射屏，通过激光器、原向反射屏、光电传感器和示波器可精确测量转速可调圆盘的转速，即而得出标准速度源速度V2，减小校准误差。
(4)本发明的校准装置可用于室内，在室内即可提供速度稳定可测量的标准速度源。
附图说明
图1为本发明校准装置的结构示意图；
图2为本发明中转速可调圆盘作为标准速度源的原理图；
图3为本发明中用于激光干涉仪速度校准方法的原理图；
图中，激光器-1、光电传感器-2、示波器-3、原向反射屏-4、转速可调圆盘-5、漫反射涂层-6、可升降平台-7、精密平移台-8、激光收发器-9、信号频谱分析仪-10和待校准激光干涉仪-11。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图1和图2所示，本实施例中的一种用于激光干涉仪速度校准的装置，它包括激光器1、光电传感器2、示波器3、原向反射屏4、转速可调圆盘5、漫反射涂层6、可升降平台7、精密平移台8、激光收发器9、信号频谱分析仪10和待校准激光干涉仪11；
所述原向反射屏4为长条形，原向反射屏4设在转速可调圆盘5的上面，且原向反射屏4的长边沿转速可调圆盘5的圆盘半径方向设置。
所述转速可调圆盘5设置在可升降平台7的上面，所述转速可调圆盘5通过直流电源供电，可提供稳定的、可变的转速，转速可调圆盘5旋转产生的切向速度分解后的纵向速度作为标准速度源速度V2。
所述转速可调圆盘5的圆盘外周涂有漫反射涂层6，可产生待校准激光干涉仪11所需的漫反射信号。
所述可升降平台7设置在精密平移台8的上面，用于控制转速可调圆盘5的高度。
所述激光器1设在转速可调圆盘5的正上方，所述光电传感器2紧贴激光器1的下面，所述光电传感器2的中央设有方孔，所述光电传感器2的信号输出端通过连接线与示波器3的信号输入端连接，所述示波器3用于记录转速可调圆盘5的转速；
所述激光收发器9的信号输入端通过连接线与待校准激光干涉仪11的信号输出端连接，所述信号频谱分析仪10的信号输入端通过连接线与待校准激光干涉仪11的信号输出端连接。
使用上述装置对激光干涉仪进行速度校准的方法，包括以下步骤：
1.将待校准激光干涉仪11分别与激光收发器9和信号频谱分析仪10连接；
2.调节可升降平台7使转速可调圆盘5和激光收发器9发出的激光光束在同一水平面上；调节精密平移台8使激光收发器9发出的激光光束所在的直线穿过转速可调圆盘5的圆心，并将此时精密平移台8的中心定义为原点；
3.激光器1发出的激光从光电传感器2的方孔中通过并照射到转速可调圆盘5上的原向反射屏4上，原向反射屏4反射单色激光到光电传感器2，光电传感器2产生电信号通过连接线传输至示波器3，读取示波器3的示数即获得转速可调圆盘5的转速ω；
4.激光收发器9发出的激光光束经转速可调圆盘5外周的漫反射涂层6反射后，通过激光收发器9传输到待校准的激光干涉仪11中；
5.以1mm为单位向同一个方向逐次调节精密平移台8，记录每次调节后精密平移台8相对于原点的位移d、示波器3的示数ω以及信号频谱分析仪10的波形峰值频率f，根据公式
V2＝ωd
计算此时的标准速度源速度V2，式中：V2是标准速度源速度，即转速可调圆盘5旋转产生的切向速度V分解后的纵向速度V2，ω是示波器示数，也是转速可调圆盘5的转速，d是精密平移台8相对于原点的位移，也是转速可调圆盘5的相对位移；
然后通过信号频谱分析仪10的波形峰值频率f和和激光收发器9发出的激光波长λ计算转速可调圆盘5的理论速率，理论速率＝fλ/2，其中f为信号频谱分析仪10的波形峰值频率，λ为激光收发器9发出的激光的波长，并将理论速率与标准速度源速度V2进行比较，从而达到校准激光干涉仪11的目的。
本发明的校准原理如下：
如图2所示，当转速可调圆盘5旋转时产生切向速度V和速度夹角θ，将切向速度V分解为横向速度V1和纵向速度V2，纵向速度V2即标准速度源速度；通过精密平移台8相对于原点的位移d和转速可调圆盘5的半径r求出速度夹角θ的余弦值，即：cosθ＝d/r。通过示波器3读出转速可调圆盘5的角速度ω，得出切向速度V＝ωr，又因为纵向速度V2＝Vcosθ，故得出V2＝ωd。
Claims (4)
1.一种用于激光干涉仪速度校准的装置，其特征在于：它包括激光器(1)、光电传感器(2)、示波器(3)、原向反射屏(4)、转速可调圆盘(5)、漫反射涂层(6)、可升降平台(7)、精密平移台(8)、激光收发器(9)、信号频谱分析仪(10)和待校准激光干涉仪(11)；
所述原向反射屏(4)设在转速可调圆盘(5)的上面，所述转速可调圆盘(5)设置在可升降平台(7)的上面，所述转速可调圆盘(5)的圆盘外周涂有漫反射涂层(6)，所述可升降平台(7)设置在精密平移台(8)的上面；
所述激光器(1)设在转速可调圆盘(5)的正上方，所述光电传感器(2)紧贴激光器(1)的下面，所述光电传感器(2)的中央设有方孔，所述光电传感器(2)的信号输出端通过连接线与示波器(3)的信号输入端连接，所述示波器(3)用于记录转速可调圆盘(5)的转速；
所述激光收发器(9)的信号输入端通过连接线与待校准激光干涉仪(11)的信号输出端连接，所述信号频谱分析仪(10)的信号输入端通过连接线与待校准激光干涉仪(11)的信号输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光干涉仪速度校准的装置，其特征在于：所述转速可调圆盘(5)通过直流电源供电。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光干涉仪速度校准的装置，其特征在于：所述原向反射屏(4)为长条形且原向反射屏(4)的长边沿转速可调圆盘(5)的圆盘半径方向设置。
4.使用权利要求1-3中的装置对激光干涉仪进行速度校准的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）.将待校准激光干涉仪(11)分别与激光收发器(9)和信号频谱分析仪(10)连接；
2）.调节可升降平台(7)使转速可调圆盘(5)和激光收发器(9)发出的激光光束在同一水平面上；调节精密平移台(8)使激光收发器(9)发出的激光光束所在的直线穿过转速可调圆盘(5)的圆心，并将此时精密平移台(8)的中心定义为原点；
3）.激光器(1)发出的激光从光电传感器(2)的方孔中通过并照射到转速可调圆盘(5)上的原向反射屏(4)上，原向反射屏(4)反射单色激光到光电传感器(2)，光电传感器(2)产生电信号通过连接线传输至示波器(3)，读取示波器(3)的示数即获得转速可调圆盘(5)的转速ω；
4）.激光收发器(9)发出的激光光束经转速可调圆盘(5)外周的漫反射涂层(6)反射后，通过激光收发器(9)传输到待校准的激光干涉仪(11)中；
5）.以1mm为单位向同一个方向逐次调节精密平移台(8)，记录每次调节后精密平移台(8)相对于原点的位移d、示波器(3)的示数ω以及信号频谱分析仪(10)的波形峰值频率f，根据公式
V2＝ωd
计算此时的标准速度源速度V2，式中：V2是标准速度源速度，ω是示波器示数，即转速可调圆盘(5)的转速，d是精密平移台(8)相对于原点的位移；
然后通过信号频谱分析仪(10)的波形峰值频率f和激光收发器(9)发出的激光波长λ计算转速可调圆盘(5)的理论速率，并将理论速率与标准速度源速度V2进行比较，从而达到校准激光干涉仪(11)的目的。
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|---|---|
| CN (1) | CN111141931A (zh) |
Cited By (1)
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| CN113340560A (zh) * | 2021-07-05 | 2021-09-03 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 一种多普勒干涉仪校准调试系统、校准方法及调试方法 |
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2020
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