[實用新型]基于干涉條紋形狀的二維小角度測量裝置

無效

• 申請號: 200920085527.3
• 申請日: 2009-05-06
• 公開（公告）號: CN201463847U
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 翟中生;王選擇;鐘毓寧;曹洪端;楊練根
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種高精度二維小角度測量裝置，屬于精密測量技術領域。

背景技術

微小角度的測量在精密加工、航空航天、軍事和通訊等許多領域都具有極其重要的意義和作用。光學測角法由于具有非接觸、高準確度和高靈敏度的特點，因而成為精密測量技術領域的重要方法。

目前光學小角度測量方法主要有光電自準直儀法、激光干涉法。光電自準直法利用激光本身的方向性，以激光光強分布中心作為基準直線，采用光電探測器探測光斑的位置，實現角度的測量，該方法結構簡單，使用方便；但在高精度小角度測量中，由于光源部分光束角漂的影響，使得測量結果重復性低、穩定性差，難以實現高精度的測量。

激光干涉法把直接測量物體的轉動微角度轉化成測量物體光與參考光的光程差，此方法雖精度高，由于激光干涉測角儀是采用干涉條紋進行測量的，因此對環境的要求極為荷刻，許多外界因素，如周圍空氣流動、車輛運行等都會對測量結果產生很大影響，并且結構復雜，體積大。

發明內容

本實用新型的目的在于克服已有光學二維小角度測量方法的不足，提供一種基于干涉條紋形狀的二維小角度測量裝置。該裝置具有抗干擾能力強、精度高、重復性好等特點。

為實現上述實用新型目的，本實用新型的二維小角度測量裝置，包括激光器、激光調制器、分光鏡、參考反射鏡、目標反射鏡和四象限光電接收器，目標反射鏡固定在被測物體上。激光調制器對激光器發出的光束進行調制，被調制的光束經分光鏡后分為兩束，經目標反射鏡和參考反射鏡反射后再返回分光鏡，會聚產生動態干涉條紋，當被測物體沿z軸有角度變化時，動態干涉條紋的寬度將發生變化，當被測物體沿x軸有角度變化時，動態干涉條紋的寬度和方向同時改變。動態干涉條紋用四象限光電接收器接收后轉為電信號，該信號經放大后采集到計算機中，再通過分析條紋寬度和方向的變化量，計算出被測物體沿x軸、z軸的角度變化量。

由于本實用新型裝置僅采用一個照明光源，一個分光鏡和兩個反射鏡實現二維小角度的同時測量，因此，該裝置光學元件少，結構簡單，體積小。并且本實用新型采用波長調制法具有抗干擾能力強，重復性好，精度高等優點，本實用新型裝置精度可達0.03arcsec。

附圖說明

圖1為本實用新型的二維小角度測量裝置示意圖

圖2為信號處理裝置系統框圖

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的光學系統結構與測量原理作進一步詳細的說明。

如圖1所示，本實施類選用半導體激光器，激光器1也可以是其它類型的激光器，例如He-Ne激光器。用激光調制器2對激光器進行調制，調制信號可以為三角波，也可以為鋸齒波或正弦波，這樣從激光器出射的光束的波長和強度隨調制信號周期性改變，該光束經分光鏡3后分為兩束，一束入射到參考反射鏡5，反射回來的光線再經分光鏡3，另一束入射到固定在被測物體表面的反射鏡4，從反射鏡4反射回來的光束再經分光鏡3后與從反射鏡5反射回的光線產生干涉條紋，由于被調制的波長發生周期性變化，因此產生的干涉條紋也跟著周期變化，形成動態干涉條紋。該動態干涉條紋被四象限光電接收器6接收。當被測物體繞z軸和x軸有角度變化時，動態干涉條紋的寬度和方向發生變化。四象限光電接收器6將變化的動態干涉條紋轉為電信號，電信號經放大后采樣到計算機7中，利用計算機7計算出條紋寬度和方向的變化量，從而得到被測物體繞x、z兩軸的角度變化量。

目標反射鏡4固定在被測物體上，當被測物體繞z軸有角度偏擺時，動態干涉條紋的寬度發生改變，當被測物體繞x軸有角度偏擺時，動態條紋的寬度和方向同時發生改變，動態干涉條紋被四象限光電接收器接收后轉化為光電流，四路光電流信號經過電流-電壓轉換后經高速同步A/D采樣，采集到的思路信號送入計算機中進行數字濾波、分析，最后將處理的結果動態顯示。