[發明專利]采用線性調頻雙光束激光外差法及扭擺法測量微沖量的裝置及該裝置的測量方法

有效

• 申請號: 201410205951.2
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN103994848A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 李彥超;楊九如;高揚;冉玲苓;柳春郁;楊瑞海;杜軍;丁群;王春暉;馬立峰;于偉波
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張利明

技術領域

本發明屬于微沖量測量領域。?

背景技術

激光微推力器在微小衛星姿態和軌道控制領域有著廣泛而深入的應用前景，其具有比沖高、沖量動態范圍大、最小沖量小、功耗低、能量耦合效率高以及易于實現、輕量化和數字化控制等顯著優勢，受到了國內外學者們廣泛的關注。而沖量是反映激光微推力器性能的一個重要參數，特點是量級小，約為10^-7～10^-5N·s。Photonic?Associates小組Phipps等人于1999年提出了用扭擺系統測量激光微推力器產生的微小沖量，并用其進行微推力器性能參數的測試；2002年，Phipps等人又對扭擺系統進行了改進，隨后國內的中國科技大學和裝備指揮技術學院也進行了相關研究。從目前國內外報告的研究結果來看，一方面，測量系統的噪聲會影響系統的精度，在小沖量量級，系統誤差甚至達到了50％；同時，在力作用時間內，靶平面偏離焦平面，能量耦合效率降低，這也會影響微沖量的測量，因此常規的小沖量測量系統很難滿足測量要求。?

激光干涉法可有效解決常規測試系統存在的以上兩個問題，提高系統的測量精度。采用兩個角隅棱鏡形成差動測量的方法代替原來的光指針方法測量扭擺轉動的角度，大大提高了系統的精度；扭擺推進技術2010年的質量由原來的0.2g增加到58g，克服了離焦問題。研究結果表明，激光干涉法的引入極大地改善了扭擺測試系統的性能，能夠滿足激光微推力器微小沖量的測試要求。但是由于間接測量量較多，偶然誤差較大，因此測量精度也不會很高。?

而在光學測量法中，激光外差測量技術具有高的空間和時間分辨率、測量速度快、精度高、線性度好、抗干擾能力強、動態響應快、重復性好和測量范圍大等優點而備受國內外學者關注，激光外差測量技術繼承了激光外差技術的諸多優點，是目前超高精度測量方法之一。該方法已成為現代超精密檢測及測量儀器的標志性技術之一，廣泛應用于超精密測量、檢測、加工設備、激光雷達系統等。?

發明內容

本發明是為了解決現有測量微沖量的裝置及方法的測量精度低的問題，本發明提供了一種采用線性調頻雙光束激光外差法及扭擺法測量微沖量的裝置及該裝置的測量方法。?

采用線性調頻雙光束激光外差法及扭擺法測量微沖量的裝置，它包括脈沖激光器、工質靶、標準梁、2號平面反射鏡、線性調頻激光器、1號平面反射鏡、平面標準鏡、會聚透鏡、光電探測器、信號處理系統和真空室；?

所述的脈沖激光器、工質靶、標準梁、2號平面反射鏡、線性調頻激光器、1號平面?反射鏡、平面標準鏡和會聚透鏡均放置在真空室內，?

標準梁的橫梁的一個末端的平面上固定有工質靶，與該工質靶相對的標準梁的另一側平面的相對位置上黏貼有2號平面反射鏡；標準梁處于水平狀態下，脈沖激光器發射的激光的光軸與工質靶的靶面垂直，?

脈沖激光器向下發射激光入射至工質靶的靶面上，并與工質靶作用產生等離子體噴射，反噴作用使標準梁轉動，同時，線性調頻激光器輸出的線偏振光經過1號平面反射鏡斜入射到2號平面反射鏡表面上，2號平面反射鏡上的反射光經平面標準鏡前表面透射的光被平面標準鏡的后表面反射后與經過平面標準鏡前表面反射的光一起被會聚透鏡會聚后，經真空室的真空窗入射到光電探測器的光敏面上，?

光電探測器的電信號輸出端與信號處理系統的信號輸入端連接，?

所述的信號處理系統用于根據連續接收到的信號，獲得標準梁的橫梁所受到的微沖量。?

所述的信號處理系統包括濾波器、前置放大器、A/D轉換器和DSP，所述的濾波器的信號輸出端與前置放大器的放大信號輸入端連接，前置放大器的放大信號輸出端與A/D轉換器的模擬信號輸入端連接，A/D轉換器的數字信號輸出端與DSP的數據信號輸入端連接。?

基于所述的采用線性調頻雙光束激光外差法及扭擺法測量微沖量的裝置實現微沖量的測量方法，該方法的具體過程為，?

首先，使脈沖激光器、線性調頻激光器、光電探測器及信號處理系統處于工作狀態，測量獲得標準梁的擺角θ′，?

其次，根據?