CN113465550A - 非接触式转动角位移测量装置及测量方法 - Google Patents

非接触式转动角位移测量装置及测量方法 Download PDF

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CN113465550A CN202110744795.7A CN202110744795A CN113465550A CN 113465550 A CN113465550 A CN 113465550A CN 202110744795 A CN202110744795 A CN 202110744795A CN 113465550 A CN113465550 A CN 113465550A
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徐欣
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Abstract

本申请涉及一种非接触式转动角位移测量装置及测量方法，激光光束经过测量组件，即形成第一频率激光光束和第二频率激光光束，并在待测圆台一交点上散射形成第一测量回馈光束和第二测量回馈光束，随后回到激光发射装置并与激光发射装置内的原光场发生干涉效应，调制激光器的输出功率得到调制光束。探测器接收调制光束，并将调制光束由光信号转换为电信号。处理装置根据电信号计算待测圆台的角位移。通过激光的回馈调制现象进行测量，具有高精度、高分辨率，因此解决了容栅式角位移传感器在使用过程中出现安装误差的问题。此外，探测器通过实时检测调制光束中的光强和相位的变化，就可以动态测量一个待测圆台的角位移。

Description

非接触式转动角位移测量装置及测量方法
技术领域
本发明属于激光测量技术领域，涉及一种非接触式转动角位移测量装置及测量方法。
背景技术
转动角位移测量技术在现代工业中具有重要的作用，广泛应用于航空航天、激光精密计量、电子产品制造等多个领域。传统的转动角位移测量主要有电学角位移传感器和光学角位移传感技术两类。基于容栅式角度测量技术的电学传感器具有精度高、易于集成、功耗低等优点，其原理是转动时具有栅式结构的电容横截面积发生变化，导致电容值变化，从而反演出目标转动信息。但容栅式角位移传感器在使用过程会引入安装误差，严重限制了电学角位移传感器的应用范围。
发明内容
针对上述背景技术中提到的问题，本发明提供了一种非接触、高分辨率、高精度、全周角、动态测量的圆台转动角位移的非接触式转动角位移测量装置及测量方法。
一种角位移测量装置，包括：
激光发射装置，用于射出激光光束；
测量组件，用于接收所述激光光束，并向待测圆台发射第一频率激光光束和第二频率激光光束，所述第一频率激光光束和所述第二频率激光光束在所述待测圆台具有交点，所述待测圆台围绕一中心轴旋转；
所述第一频率激光光束和所述第二频率激光光束经所述待测圆台散射形成第一测量回馈光束和第二测量回馈光束，所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经过测量组件的射向所述激光发射装置并在所述激光发射装置回馈调制生成调制光束；
探测器，用于接收所述调制光束，并将所述调制光束由光信号转换为电信号；处理装置，用于根据所述电信号计算所述待测圆台的旋转角度。
在一个实施例中，所述测量组件还包括：
第一分光器，设置于所述激光发射装置和所述待测圆台之间，所述第一分光器用于将所述激光光束分为第一光束和第二光束；
第一反射镜，设置于所述激光发射装置和所述待测圆台之间，用于将所述第二光束反射到所述待测圆台；所述第二光束为所述第二频率激光光束；
第一移频器和第二移频器，依次设置于所述激光发射装置和所述待测圆台之间，用于将所述第一光束差动移频，形成所述第一频率激光光束；所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经过所述第二移频器和所述第一移频器射向所述激光发射装置并在所述激光发射装置回馈调制生成调制光束。
在一个实施例中，所述测量组件还包括第二反射镜，设置于所述第一反射镜和所述待测圆台之间，第二反射镜用于将所述第一反射镜射出的所述第二光束反射到所述待测圆台。
在一个实施例中，所述测量组件还包括准直器，所述准直器设置于所述激光发射装置和所述第一分光器之间，所述激光光束通过所述准直器发送到所述第一移频器和所述第二移频器。所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经所述第二移频器和所述第一移频器射出后，经过所述准直器射向所述激光发射装置并在所述激光发射装置回馈调制生成调制光束。
在一个实施例中，还包括第二分光镜，所述第二分光镜设置于所述探测器和所述激光发射装置之间，所述第二分光镜用于将所述激光发射装置中回馈调制生成的调制光束分为测量光和探测光；所述测量光透过准直器进入所述测量组件；所述探测光从所述第二分光镜射入所述探测器。
在一个实施例中，所述测量组件还包括：
第一移频器和第二移频器，设置于所述激光发射装置和所述待测圆台之间，用于将所述激光光束差动移频，形成所述第一频率激光光束I1和所述第二频率激光光束I2。
第三反射镜和第四反射镜，依次设置于所述第二移频器和所述待测圆台之间，用于将所述第二频率激光光束反射到所述待测圆台。所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经过所述第二移频器和所述第一移频器射向所述激光发射装置并在所述激光发射装置内回馈调制生成调制光束。
在一个实施例中，所述测量组件还包括准直器，所述准直器设置于所述激光发射装置和所述第一移频器之间，所述激光光束通过所述准直器发送到所述第一移频器和所述第二移频器。所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经所述第二移频器和所述第一移频器射出后，经过所述准直器射向所述激光发射装置并在所述激光发射装置回馈调制生成调制光束。
在一个实施例中，还包括第二分光镜，所述第二分光镜设置于所述探测器和所述激光发射装置之间，所述第二分光镜用于将所述激光发射装置中所述调制光束分为测量光和探测光。所述测量光透过准直器，进入所述测量组件并向待测圆台发射第一频率激光光束和第二频率激光光束。所述探测光从所述第二分光镜射入所述探测器。
所述的角位移测量装置，其特征在于：
所述待测圆台绕中心轴转动角位移θ大小：
Figure BDA0003142386060000041
所述待测圆台绕中心轴转动角位移θ方向：
Figure BDA0003142386060000042
其中，λ为激光器输出的所述激光光束的波长，S为所述待测圆台(150)离面位移Sin和面内位移Sout的矢量合位移；R为所述待测圆台(150)绕中心轴转动的半径；θ0为第一频率激光光束I1、第二频率激光光束I2之间的夹角；sign为符号函数；
Figure BDA0003142386060000043
为所述待测圆台转动引起的第一测量回馈光相位变化量，
Figure BDA0003142386060000044
为所述待测圆台转动引起的第二测量回馈光相位变化量。
本申请实施例还提供一种所述的非接触式转动角位移测量装置的测量方法，其特征在于，包括：
使待测圆台围绕一中心轴旋转；
通过所述激光发射装置发射激光光束，使得所述测量组件接收所述激光光束，并向所述待测圆台发射第一频率激光光束和第二频率激光光束，所述第一频率激光光束和所述第二频率激光光束在所述待测圆台具有交点，所述第一频率激光光束I1和所述第二频率激光光束I2经所述待测圆台散射形成第一测量回馈光束和第二测量回馈光束，所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经过所述测量组件射向所述激光发射装置并在所述激光发射装置回馈调制生成调制光束；
通过所述探测器，接收所述调制光束，并将所述调制光束由光信号转换为电信号；
所述处理装置根据所述电信号计算所述待测圆台的旋转角度。
本申请提供的所述非接触式转动角位移测量装置，所述激光光束经过所述测量组件，即形成第一频率激光光束和第二频率激光光束，并在所述待测圆台一交点上散射形成第一测量回馈光束和第二测量回馈光束，随后回到所述激光发射装置并与所述激光发射装置内的原光场发生干涉效应，调制所述激光器的输出功率得到调制光束。所述探测器接收所述调制光束，并将所述调制光束由光信号转换为电信号。所述处理装置根据所述电信号计算所述待测圆台的角位移。该过程会通过所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束的光强或相位变化反应所述待测圆台的转动角位移，因而可以扩大应用范围，如测量非接触的待测圆台的转动角位移，并可以实现全周角测量。本申请通过激光的回馈调制现象进行测量，具有高精度、高分辨率，因此解决了容栅式角位移传感器在使用过程中出现安装误差的问题。此外，由于这个过程中，激光发射装置不断的发射激光光束，便会有不断的激光光束经过所述测量组件后，回到所述激光发射装置中调制产生新的调制光束。因此，探测器通过实时检测调制光束中的光强和相位的变化，就可以动态测量一个待测圆台的角位移。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的角位移测量装置示意图。
图2为本申请一个实施例提供的角位移测量装置示意图。
图3为本申请一个实施例提供的角位移测量装置示意图。
图4为本申请一个实施例提供的角位移测量装置示意图。
图5为本申请一个实施例提供的角位移测量装置示意图。
图6为本申请一个实施例提供的角位移测量装置示意图。
图7为本申请一个实施例提供的角位移测量装置示意图。
附图标记说明：
激光发射装置110、测量组件120、第一分光器121、第一反射镜122、第一移频器123、第二移频器124、第二反射镜125、准直器126、第三反射镜127、第四反射镜128、探测器130、处理装置140、待测圆台150、第二分光镜160。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施实例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的、用于解释本申请，而不是为了限制本发明的范围及应用。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“表面上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本申请实施例提供一种非接触式转动角位移测量装置10。所述非接触式转动角位移测量装置10包括激光发射装置110、测量组件120、探测器130、处理装置140和待测圆台150。所述激光发射装置110用于发射激光光束。所述测量组件120用于接收所述激光光束，并向待测圆台150发生第一频率激光光束I1和第二频率激光光束I2。所述第一频率激光光束I1和所述第二频率激光光束I2在所述待测圆台150上具有交点。所述待测圆台150围绕一中心轴旋转。如果所述中心轴在待测圆台150体外，即为所述待测圆台150等效成的一个质点到所述中心轴的距离；如果所述中心轴在待测圆台150体内，即为所述待测圆台150的横截面半径。所述第一频率激光光束I1和所述第二频率激光光束I2经所述待测圆台150散射形成第一测量回馈光束和第二测量回馈光束。所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经过测量组件120的射向所述激光发射装置110，并在所述激光发射装置内回馈调制生成调制光束。所述探测器130用于接收所述调制光束，并将所述调制光束由光信号转换为电信号。所述处理装置140用于根据所述电信号计算所述待测圆台150的旋转角度。所述激光发射装置110可以用于输出单纵模、线偏振和基横模的所述激光束。在该模式下，所述激光发射装置110可以具有良好回馈效果。所述激光发射装置110，可以是固体激光器，也可以是光纤激光器或半导体激光器的一种。所述待测圆台150可以作为一个载物台，将测量目标可以放在圆台上，通过测量待测圆台150的角位移，即可以测出测量目标的角位移。
所述测量组件120可以用以将接收的所述激光光束分成所述第一频率激光光束I1和所述第二频率激光光束I2。
在一个实施例中，所述探测器可以为光电探测器。
请参见图1，在一个实施例中，所述测量组件120包括第一分光器121、第一反射镜122、第一移频器123和第二移频器124。所述第一分光器121放置于所述激光发射装置110和所述待测圆台150之间。所述第一分光器121用于将多数激光光束分为第一光束和第二光束。所述第一反光镜122放置于所述激光发射装置110与所述待测圆台150之间。所述第一反光镜122用于将所述第二光束反射到所述待测圆台150上。所述第二光束为所述第二频率激光光束I2。所述第一移频器123和所述第二移频器124依次设置于所述激光发射装置110和所述待测圆台150之间。所述第一移频器123和所述第二移频器124可以为电光调制器、声光调制器或者光栅。所述第一移频器123和所述第二移频器124用于将所述第一光束差动移频，形成所述第一频率激光光束I1。所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经过所述第一移频器123和所述第二移频器124射向所述激光发射装置110并在所述激光发射装置110内回馈调制生成调制光束。
请参见图2，在一个实施例中，所述测量装置120还包括第二反射镜125，所述第二反射镜125设置于所述第一反射镜122和所述待测圆台150之间。所述第二反射镜125将所述第一反射镜122射出的所述第二光束反射到所述待测圆台150上。
请参见图3，在一种实施例中，所述探测器130设置于激光发射装置110的射出光束的反方向上。所述探测器130用于接收所述调制光束，并将所述调制光束由光信号转换为电信号。所述处理装置140用于根据所述电信号计算所述待测圆台150的旋转角度。
请参见图4，所述第一移频器123的驱动频率是ω1，所述第二移频器124的驱动频率是ω2。所述激光光束经过第一分光器121被分为第一光束和第二光束。所述第一光束进入第一移频器123后，被分为0级衍射光和+1(或-1)级衍射光，频率分别为ω(ω为激光原始频率)和ω+ω1(或ω-ω1)。其中，频率为ω+ω1(或ω-ω1)的+1(或-1)级衍射光经过第二移频器124后，被分为0级衍射光和-1(或+1)级衍射光，频率分别为ω+ω1(或ω-ω1)和ω+ω1-ω2(或ω-ω1+ω2)。此时，所述第一频率激光光束I1是频率为ω+ω1-ω2(或ω-ω1+ω2)的-1(或+1)级衍射光。所述第一频率激光光束I1在待测圆台150表面发生散射后，经过所述第二移频器124和所述第一移频器123回到所述激光发射装置110内，与激光发射装置110内的激光光束相互作用，调制激光发射装置的输出光强，形成第一测量回馈信号f1。所述第一反光镜122(或所述第一反光镜122和所述第二反射镜125经两次反射)将所述第二光束反射到所述待测圆台150上，并与所述第一频率激光光束I1在待测圆台150上有一交点。此时，所述第二光束即是频率为ω的0级衍射光。即所述第二光束是所述第二频率激光光束I2。所述第二频率激光光束I2在待测圆台150表面发生散射后，经过所述第二移频器124和所述第一移频器123回到所述激光发射装置110内，与激光发射装置110内的激光光束相互作用，调制激光发射装置110的输出光强，形成第二测量回馈信号f2。所述的第一测量光I1可以垂直入射到所述待测圆台150表面，也可以非垂直入射到所述待测圆台150表面。
第一测量回馈信号f1使激光发射装置的输出强度为：
Figure BDA0003142386060000091
第二测量回馈信号f2使激光发射装置的输出强度为：
Figure BDA0003142386060000092
其中，I为激光发射装置的稳态输出功率；G为激光发射装置对回馈光的放大倍数，它与光束移频量相关，数值可达106，从而弱散射表面散射的微弱回馈光可以被极大放大；κ为测量回馈光的回馈系数，它与待测物体的反射率有关；Ω1为第一测量回馈光的调制频率，Ω2为第二测量回馈光的调制频率，
Figure BDA0003142386060000093
为待测圆台转动引起的第一测量回馈光相位变化量，
Figure BDA0003142386060000094
为待测圆台转动引起的第二测量回馈光相位变化量；
Figure BDA0003142386060000095
为信号的固定相位偏移。
待测圆台转动引起第一测量回馈信号f1和第二测量回馈信号f2的相位变化。探测器130检测所述激光发射装置110的输出强度，把光强信号转为电信号后，输入与之相连通的所述处理装置140，经所述处理装置140处理后得到由待测圆台150转动引起的第一测量回馈光相位变化
Figure BDA0003142386060000096
和第二测量回馈光相位变化
Figure BDA0003142386060000097
由此即可计算得到待测圆台绕中心轴转动角位移θ。
所述待测圆台150绕中心轴转动角位移θ大小：
Figure BDA0003142386060000101
所述待测圆台150绕中心轴转动角位移θ方向：
Figure BDA0003142386060000102
其中，λ为所述激光发射装置110的输出光波长，S为所述待测圆台150的离面位移Sin和所述待测圆台150的面内位移Sout的矢量合位移，即转动角位移；R为所述待测圆台150绕中心轴的转动半径(如果所述中心轴在待测圆台150体外，即为所述待测圆台150等效成的一个质点到所述中心轴的距离；如果所述中心轴在待测圆台150体内，即为所述待测圆台150的横截面半径)；θ0为第一频率激光光束I1、第二频率激光光束I2之间的夹角；sign为符号函数。
请参见图5，在一个实施例中，所述测量组件120包括第一移频器123、第二移频器124、第三反射镜127和第四反射镜128。所述第一移频器123和第二移频器124，依次设置于所述激光发射装置110所述待测圆台150之间。所述第一移频器123和第二移频器124用于将所述激光光束差动移频，形成所述第一频率激光光束I1所述第二频率激光光束I2。所述第一移频器123和所述第二移频器124可以为电光调制器、声光调制器或者光栅。所述第三反射镜127和第四反射镜128，设置于所述第二移频器124和所述待测圆台150之间。所述第三反射镜127和第四反射镜128用于将所述第二频率激光光束I2射到所述待测圆台。所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经过所述第二移频器124和所述第一移频器123射向所述激光发射装置110并在所述激光发射装置110内回馈调制生成调制光束。
请参见图6，在一种实施例中，所述探测器130设置于激光发射装置110的射出光束的反方向上。所述探测器130用于接收所述调制光束，并将所述调制光束由光信号转换为电信号。所述处理装置140用于根据所述电信号计算所述待测圆台150的旋转角度。
请参见图7，所述第一移频器123的驱动频率是ω1，所述第二移频器124的驱动频率是ω2。所述激光光束进入第一移频器123后，被分开为0级衍射光和+1(或-1)级衍射光，频率分别为ω(ω为激光原始频率)和ω+ω1(或ω-ω1)。频率为ω的0级衍射光和频率为ω+ω1(或ω-ω1)的+1(或-1)级衍射光通过第二移频器124后，被分开为0级衍射光和-1(或+1)级衍射光，频率分别为ω、ω-ω2(或ω+ω2)、ω+ω1(或ω-ω1)和ω+ω1-ω2(或ω-ω1+ω2)。其中，频率为ω+ω1-ω2(或ω-ω1+ω2)的-1(或+1)级衍射光为所述第一频率激光光束I1。所述第一频率激光光束I1在待测圆台150表面发生散射后，经过所述第二移频器124和所述第一移频器123回到所述激光发射装置110内，与激光发射装置110内的激光光束相互作用，调制激光发射装置的输出光强，形成第一测量回馈信号f1。其中，频率为ω的0级衍射光为所述第二频率激光光束I2，经过第三反射镜127和第四反射镜128两次反射后，与所述第一频率激光光束I1在待测圆台150上有一交点。所述第二频率激光光束I2在待测圆台150表面发生散射后，经过所述第二移频器124和所述第一移频器123回到所述激光发射装置110内，与激光发射装置110内的激光光束相互作用，调制激光发射装置110的输出光强，形成第二测量回馈信号f2。所述的第一测量光I1可以垂直入射到所述待测圆台150表面，也可以非垂直入射到所述待测圆台150表面。
第一测量回馈信号f1使激光发射装置的输出强度为：
Figure BDA0003142386060000111
第二测量回馈信号f2使激光发射装置的输出强度为：
Figure BDA0003142386060000121
其中，I为激光发射装置的稳态输出功率；G为激光发射装置对回馈光的放大倍数，它与光束移频量相关，数值可达106，从而弱散射表面散射的微弱回馈光可以被极大放大；κ为测量回馈光的回馈系数，它与待测物体的反射率有关；Ω1为第一测量回馈光的调制频率，Ω2为第二测量回馈光的调制频率，
Figure BDA0003142386060000122
为待测圆台转动引起的第一测量回馈光相位变化量，
Figure BDA0003142386060000123
为待测圆台转动引起的第二测量回馈光相位变化量；
Figure BDA0003142386060000124
为信号的固定相位偏移。
待测圆台转动引起第一测量回馈信号f1和第二测量回馈信号f2的相位变化。探测器130检测所述激光发射装置110的输出强度，把光强信号转为电信号后，输入与之相连通的所述处理装置140，经所述处理装置140处理后得到由待测圆台150转动引起的第一测量回馈光相位变化
Figure BDA0003142386060000125
和第二测量回馈光相位变化
Figure BDA0003142386060000126
由此即可计算得到待测圆台绕中心轴转动角位移θ。
所述待测圆台150绕中心轴转动角位移θ大小：
Figure BDA0003142386060000127
所述待测圆台150绕中心轴转动角位移θ方向：
Figure BDA0003142386060000128
其中，λ为所述激光发射装置110的输出光波长，S为所述待测圆台150的离面位移Sin和所述待测圆台150的面内位移Sout的矢量合位移，即转动角位移；R为所述待测圆台150绕中心轴转动的半径(如果所述中心轴在待测圆台150体外，即为所述待测圆台150等效成的一个质点到中心轴的距离；如果所述中心轴在待测圆台150体内，即为所述待测圆台150测量处的横截面半径)；θ0为第一频率激光光束I1、第二频率激光光束I2之间的夹角；sign为符号函数。
在一个实施例中，所述测量组件120还包括准直器126。所述准直器126用来对入射的所述激光光束进行准直，以保证测量装置的精确性。所述准直器126设置于所述激光发射装置110和所述第一分光器121之间。所述激光光束通过所述准直器126发送到所述第一移频器123和所述第二移频器124。所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经所述第二移频器124和所述第一移频器123射出后，经过所述准直器126射向所述激光发射装置110并在所述激光发射装置110回馈调制生成调制光束。
在一个实施例中，所述非接触式转动角位移测量装置10还包括第二分光镜160。所述第二分光镜160用于将所述激光发射装置110中回馈调制生成的调制光束分为测量光和探测光。所述第二分光镜160设置于所述探测器130和所述激光发射装置110之间。所述测量光透过准直器126进入所述测量组件120。所述探测光从所述第二分光镜160射入所述探测器。
本申请实施例还提供一种所述的非接触式转动角位移测量装置10的测量方法，所述方法包括：
使待测圆台150围绕一中心轴旋转；
通过所述激光发射装置发射激光光束，使得所述测量组件120接收所述激光光束，并向所述待测圆台150发射第一频率激光光束和第二频率激光光束，所述第一频率激光光束和所述第二频率激光光束在所述待测圆台150具有交点，所述第一频率激光光束I1和所述第二频率激光光束I2经所述待测圆台150散射形成第一测量回馈光束和第二测量回馈光束，所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经过所述测量组件120射向所述激光发射装置110并在所述激光发射装置回馈调制生成调制光束；
通过所述探测器130，接收所述调制光束，并将所述调制光束由光信号转换为电信号；
所述处理装置140根据所述电信号计算所述待测圆台150的旋转角度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种非接触式转动角位移测量装置，其特征在于，包括：
激光发射装置(110)，用于射出激光光束；
测量组件(120)，用于接收所述激光光束，并向待测圆台(150)发射第一频率激光光束和第二频率激光光束，所述第一频率激光光束和所述第二频率激光光束在所述待测圆台(150)具有交点，所述待测圆台(150)围绕一中心轴旋转；
所述第一频率激光光束I1和所述第二频率激光光束I2经所述待测圆台(150)散射形成第一测量回馈光束和第二测量回馈光束，所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经过测量组件(120)射向所述激光发射装置(110)并在所述激光发射装置回馈调制生成调制光束；
探测器(130)，用于接收所述调制光束，并将所述调制光束由光信号转换为电信号；
处理装置(140)，用于根据所述电信号计算所述待测圆台(150)的旋转角度。
2.如权利要求1所述的非接触式转动角位移测量装置，其特征在于，所述测量组件(120)还包括：
第一分光器(121)，设置于所述激光发射装置(110)和所述待测圆台(150)之间，所述第一分光器(121)用于将所述激光光束分为第一光束和第二光束；
第一反射镜(122)，设置于所述激光发射装置(110)和所述待测圆台(150)之间，用于将所述第二光束反射到所述待测圆台(150)；所述第二光束为所述第二频率激光光束；
第一移频器(123)和第二移频器(124)，依次设置于所述激光发射装置(110)和所述待测圆台(150)之间，用于将所述第一光束差动移频，形成所述第一频率激光光束；
所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经过所述第二移频器(124)和所述第一移频器(123)射向所述激光发射装置(110)并在所述激光发射装置(110)回馈调制生成调制光束。
3.如权利要求2所述的非接触式转动角位移测量装置，其特征在于，所述测量组件(120)还包括第二反射镜(125)，设置于所述第一反射镜(122)和所述待测圆台(150)之间，第二反射镜(125)用于将所述第一反射镜(122)射出的所述第二光束反射到所述待测圆台(150)。
4.如权利要求2所述的非接触式转动角位移测量装置，其特征在于，所述测量组件(120)还包括准直器(126)，所述准直器(126)设置于所述激光发射装置(110)和所述第一分光器(121)之间，所述激光光束通过所述准直器(126)发送到所述第一移频器(123)和所述第二移频器(124)；
所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经所述第二移频器(124)和所述第一移频器(123)射出后，经过所述准直器(126)射向所述激光发射装置(110)并在所述激光发射装置(110)回馈调制生成调制光束。
5.如权利要求4所述的非接触式转动角位移测量装置，其特征在于，还包括第二分光镜(160)，所述第二分光镜(160)设置于所述探测器(130)和所述激光发射装置(110)之间，所述第二分光镜(160)用于将所述激光发射装置(110)中回馈调制生成的调制光束分为测量光和探测光；
所述测量光透过准直器(126)进入所述测量组件(120)；
所述探测光从所述第二分光镜(160)射入所述探测器。
6.如权利要求4所述的非接触式转动角位移测量装置，其特征在于，所述探测器(130)设置于激光发射装置(110)的射出光束的反方向上。
7.如权利要求1所述的非接触式转动角位移测量装置，其特征在于，所述测量组件(120)还包括：
第一移频器(123)和第二移频器(124)，依次设置于所述激光发射装置(110)和所述待测圆台(150)之间，用于将所述激光光束差动移频，形成所述第一频率激光光束I1和所述第二频率激光光束I2；
第三反射镜(127)和第四反射镜(128)，设置于所述第二移频器(124)和所述待测圆台(150)之间，用于将所述第二频率激光光束反射到所述待测圆台；
所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经过所述第二移频器(124)和所述第一移频器(123)射向所述激光发射装置(110)并在所述激光发射装置(110)内回馈调制生成调制光束。
8.如权利要求7所述的非接触式转动角位移测量装置，其特征在于，所述测量组件(120)还包括准直器(126)，所述准直器(126)设置于所述激光发射装置(110)和所述第一移频器(123)之间，所述激光光束通过所述准直器(126)发送到所述第一移频器(123)和所述第二移频器(124)；
所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经所述第二移频器(124)和所述第一移频器(123)射出后，经过所述准直器(126)射向所述激光发射装置(110)并在所述激光发射装置(110)回馈调制生成调制光束。
9.如权利要求8所述的非接触式转动角位移测量装置，其特征在于，还包括第二分光镜(160)，所述第二分光镜(160)设置于所述探测器(130)和所述激光发射装置(110)之间，所述第二分光镜(160)用于将所述激光发射装置(110)中所述调制光束分为测量光和探测光；
所述测量光透过准直器(126)，进入所述测量组件(120)并向待测圆台(150)发射第一频率激光光束和第二频率激光光束；
所述探测光从所述第二分光镜(160)射入所述探测器(130)。
10.如权利要求8所述的非接触式转动角位移测量装置，其特征在于，所述探测器(130)设置于激光发射装置(110)的射出光束的反方向上。
11.如权利要求1所述的非接触式转动角位移测量装置，其特征在于：
所述待测圆台(150)绕中心轴转动角位移θ大小：
Figure FDA0003142386050000041
所述待测圆台(150)绕中心轴转动角位移θ方向：
Figure FDA0003142386050000042
其中，λ为激光器输出的所述激光光束的波长，S为所述待测圆台(150)离面位移Sin和面内位移Sout的矢量合位移；R为所述待测圆台(150)绕中心轴转动的半径；θ0为第一频率激光光束I1、第二频率激光光束I2之间的夹角；sign为符号函数；
Figure FDA0003142386050000043
为所述待测圆台(150)转动引起的第一测量回馈光相位变化量，
Figure FDA0003142386050000044
为所述待测圆台(150)转动引起的第二测量回馈光相位变化量。
12.一种如权利要求1-11任一项所述的非接触式转动角位移测量装置的测量方法，其特征在于，包括：
使待测圆台(150)围绕一中心轴旋转；
通过所述激光发射装置发射激光光束，使得所述测量组件(120)接收所述激光光束，并向所述待测圆台(150)发射第一频率激光光束和第二频率激光光束，所述第一频率激光光束和所述第二频率激光光束在所述待测圆台(150)具有交点，所述第一频率激光光束I1和所述第二频率激光光束I2经所述待测圆台(150)散射形成第一测量回馈光束和第二测量回馈光束，所述第一测量回馈光束和所述第二测量回馈光束经过所述测量组件(120)射向所述激光发射装置(110)并在所述激光发射装置回馈调制生成调制光束；
通过所述探测器(130)接收所述调制光束，并将所述调制光束由光信号转换为电信号；
所述处理装置(140)根据所述电信号计算所述待测圆台(150)的旋转角度。
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