[發明專利]線性調頻多光束激光外差測量角度的裝置及方法

在審

• 申請號: 201410206103.3
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN103940405A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 李彥超;布因嘎日迪;楊九如;冉玲苓;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: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00
• 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

本發明屬于精密角度測量領域。

背景技術

精密角度測量是工程領域一直需要面對和解決的問題。隨著科學技術的發展，角度測量設備和測量方法不斷的推陳出新，如碼盤、永磁同步電機、激光掃描儀、感應同步器、空間傅里葉光譜儀和四象限探測器等高準確度測角器件，及利用這些器件開發的測角設備的大量應用，為工程設計和檢測人員提供了大量角度測量問題的解決辦法。測角方法包括CCD光學測角法、PIP干涉測量法、成像式光柵自準直測角法、基于莫爾條紋的自準直測角法等。利用這些方法一般都不能達到高精度角度測量的要求。

發明內容

本發明是為了解決現有精密角度測量方法都不能達到高精度角度測量要求的問題，現提供線性調頻多光束激光外差測量角度的裝置及方法。

線性調頻多光束激光外差測量角度的裝置，它包括：線性調頻激光器、平面標準鏡、會聚透鏡和光電探測器；

線性調頻激光器輸出的線性調頻激光入射到平面標準鏡上，且入射角θ₀為銳角；

平面標準鏡前表面的一面將該激光分束成一號反射光和折射光，平面標準鏡前表面的一面將該一號反射光反射至會聚透鏡上，平面標準鏡前表面將該折射光折射至平面標準鏡的后表面，該折射光經該平面標準鏡的后表面與前表面的另一面多次反射后獲得多束二號反射光，該多束二號反射光經該平面標準鏡的前表面透射之后，與一號反射光通過會聚透鏡匯聚至光電探測器的光敏面上。

基于上述裝置的線性調頻多光束激光外差測量角度的方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一：開啟線性調頻激光器使線性調頻激光器發出的線性調頻激光入射到平面標準鏡上，且保證入射角θ₀為銳角；

步驟二：采集光電探測器獲得的光電流I，并將該光電流I的直流項進行濾除從而獲得中頻電流I_IF；

步驟三：對步驟二獲得的中頻電流I_IF進行分析，獲得干涉信號的頻率：

fp=2pkndcosθπc=Kpcosθ,]]>

其中，p為非負整數，為調頻帶寬的變化率，T為調頻周期，△F為調頻帶寬；n為平面標準鏡的折射率，d為平面標準鏡的厚度，c為入射激光的光速，θ為平面標準鏡折射角，K_p表示中頻外差信號的頻率與折射角θ余弦之間的比例系數；

步驟四：根據折射定律，對干涉信號的頻率f_p進行轉換，獲得含有入射角θ₀信息的干涉信號的頻率f_p：

fp=Kpcos[arcsin(sinθ0n)],]]>

最后根據上述公式獲得入射角θ₀。