CN201463847U - 基于干涉条纹形状的二维小角度测量装置 - Google Patents

基于干涉条纹形状的二维小角度测量装置 Download PDF

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王选择
钟毓宁
曹洪端
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Abstract

本实用新型涉及一种基于干涉条纹形状的二维小角度测量装置，属于精密测量技术领域。该装置包括激光器、分光镜、目标反射镜、参考反射镜和四象限接收器，目标反射镜固定在被测物体上。激光调制器对激光器发出的光束进行调制，被调制的光束经分光镜后分为两束，分别经目标反射镜和参考反射镜反射后再返回分光镜，会聚产生动态干涉条纹，当被测物体沿z轴有角度变化时，动态干涉条纹的宽度将发生变化，当被测物体沿x轴有角度变化时，动态干涉条纹的宽度和方向同时改变。动态干涉条纹用四象限光电接收器接收后转为电信号，该信号经电流-电压转换后采集到计算机中，通过分析条纹宽度和方向的变化量，计算出被测物体沿x轴、z轴的角度变化量。本装置的优点在于采用波长调制法，重复性好、抗干扰能力强，并且结构简单、体积小、精度高，精度可达0.03arcsec。

Description

基于干涉条纹形状的二维小角度测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种高精度二维小角度测量装置，属于精密测量技术领域。
背景技术
微小角度的测量在精密加工、航空航天、军事和通讯等许多领域都具有极其重要的意义和作用。光学测角法由于具有非接触、高准确度和高灵敏度的特点，因而成为精密测量技术领域的重要方法。
目前光学小角度测量方法主要有光电自准直仪法、激光干涉法。光电自准直法利用激光本身的方向性，以激光光强分布中心作为基准直线，采用光电探测器探测光斑的位置，实现角度的测量，该方法结构简单，使用方便；但在高精度小角度测量中，由于光源部分光束角漂的影响，使得测量结果重复性低、稳定性差，难以实现高精度的测量。
激光干涉法把直接测量物体的转动微角度转化成测量物体光与参考光的光程差，此方法虽精度高，由于激光干涉测角仪是采用干涉条纹进行测量的，因此对环境的要求极为荷刻，许多外界因素，如周围空气流动、车辆运行等都会对测量结果产生很大影响，并且结构复杂，体积大。
发明内容
本实用新型的目的在于克服已有光学二维小角度测量方法的不足，提供一种基于干涉条纹形状的二维小角度测量装置。该装置具有抗干扰能力强、精度高、重复性好等特点。
为实现上述实用新型目的，本实用新型的二维小角度测量装置，包括激光器、激光调制器、分光镜、参考反射镜、目标反射镜和四象限光电接收器，目标反射镜固定在被测物体上。激光调制器对激光器发出的光束进行调制，被调制的光束经分光镜后分为两束，经目标反射镜和参考反射镜反射后再返回分光镜，会聚产生动态干涉条纹，当被测物体沿z轴有角度变化时，动态干涉条纹的宽度将发生变化，当被测物体沿x轴有角度变化时，动态干涉条纹的宽度和方向同时改变。动态干涉条纹用四象限光电接收器接收后转为电信号，该信号经放大后采集到计算机中，再通过分析条纹宽度和方向的变化量，计算出被测物体沿x轴、z轴的角度变化量。
由于本实用新型装置仅采用一个照明光源，一个分光镜和两个反射镜实现二维小角度的同时测量，因此，该装置光学元件少，结构简单，体积小。并且本实用新型采用波长调制法具有抗干扰能力强，重复性好，精度高等优点，本实用新型装置精度可达0.03arcsec。
附图说明
图1为本实用新型的二维小角度测量装置示意图
图2为信号处理装置系统框图
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的光学系统结构与测量原理作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施类选用半导体激光器，激光器1也可以是其它类型的激光器，例如He-Ne激光器。用激光调制器2对激光器进行调制，调制信号可以为三角波，也可以为锯齿波或正弦波，这样从激光器出射的光束的波长和强度随调制信号周期性改变，该光束经分光镜3后分为两束，一束入射到参考反射镜5，反射回来的光线再经分光镜3，另一束入射到固定在被测物体表面的反射镜4，从反射镜4反射回来的光束再经分光镜3后与从反射镜5反射回的光线产生干涉条纹，由于被调制的波长发生周期性变化，因此产生的干涉条纹也跟着周期变化，形成动态干涉条纹。该动态干涉条纹被四象限光电接收器6接收。当被测物体绕z轴和x轴有角度变化时，动态干涉条纹的宽度和方向发生变化。四象限光电接收器6将变化的动态干涉条纹转为电信号，电信号经放大后采样到计算机7中，利用计算机7计算出条纹宽度和方向的变化量，从而得到被测物体绕x、z两轴的角度变化量。
目标反射镜4固定在被测物体上，当被测物体绕z轴有角度偏摆时，动态干涉条纹的宽度发生改变，当被测物体绕x轴有角度偏摆时，动态条纹的宽度和方向同时发生改变，动态干涉条纹被四象限光电接收器接收后转化为光电流，四路光电流信号经过电流-电压转换后经高速同步A/D采样，采集到的思路信号送入计算机中进行数字滤波、分析，最后将处理的结果动态显示。

Claims (2)

1.一种高精度二维角度测量装置，其特征在于该装置包括：激光器(1)、激光调制器(2)、分光镜(3)、目标反射镜(4)、参考反射镜(5)和四象限光电接收器(6)，目标反射镜(4)固定在被测物体上，用激光调制器(2)对激光器(1)进行调制，调制后的光束经分光镜(3)后分为两束，经目标反射镜(4)和参考反射镜(5)反射后再返回分光镜(3)，会聚产生动态干涉条纹，动态干涉条纹用四象限光电接收器(6)接收后转为电信号，该信号经放大后采集到计算机(7)。
2.根据权利1所述的二维小角度测量装置，其特征在于：用激光调制器对激光器产生的激光进行调制，调制信号可以用三角波、锯齿波和正弦波。
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