[發明專利]基于閃耀光柵的微小角度快速識別方法

有效

• 申請號: 201711084621.2
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107917680B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 曾捷;王文龍;王計剛;袁慧影;康健;張益昕;劉喆;鄭丁午
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明提出一種基于閃耀光柵的微小角度快速識別方法，屬于智能監測領域。利用閃耀光柵1級衍射光譜序列的光譜特征進行微小角度的快速識別。采用Y型光纖自準直系統實現對閃耀光柵旋轉角度變化即角位移的識別。該方法主要包括以下步驟：搭建基于Y型光纖自準直光路角位移識別系統；基于夫瑯禾費衍射原理，采用數值模擬方法得到不同角位移條件下對應的閃耀光柵在不同波長下的光強分布，確定閃耀光柵衍射光譜特征與角位移關系；提出一種基于兩個閃耀光柵的差分式角位移識別原理及系統，確定了基于差分式雙閃耀光柵衍射光譜互相關譜分析的角位移辨識方法。本發明方法結構簡單、識別快速，提出的差分式結構還有助于提高靈敏度，減少外界干擾。

技術領域

本發明屬于傳感領域，具體提出了一種基于閃耀光柵的微小角度快速識別方法。

背景技術

衍射光柵廣泛應用于光譜學、無線電天文學、集成光學、光通訊、信息處理及精密計量等不同的領域。普通的衍射光柵各級光譜線的強度隨級次的增加而減小，特別是無色散的零級占了大部分的光能量，而實際使用的非零級光譜的強度卻比較弱。閃耀光柵通過將刻槽面與光柵面形成角度即所謂的閃耀角，從而使單個刻槽面衍射衍射的中央主極大和諸槽面間干涉零級主極大分開，將光能量從干涉零級主極大，即零級光譜，轉移并集中到某一級光譜上去。

傳統的角位移測量方法主要有機械式和電磁分度式兩種。機械式以多齒分度臺為代表。電磁分度測角技術以圓磁柵測角為代表，利用多面棱體檢定系統。傳統的方法具有高準確度和高靈敏度等特點，但大多數為手工測量，不容易實現自動化，使用范圍受到限制。現代測角方法所采用的原理、精度、分辨率等各有不同，按其原理可分為電測法、光學法、電磁法等。其中，光柵方法應用較廣，測角型光柵動柵和定柵來形成莫爾條紋。利用光敏管對莫爾條紋信號進行檢測處理后獲得運動物體的角位移。還有使用純光學的高精度測角方法，這些方法大部分是利用干涉法來保證測量精度。目前存在的光學測角方法主要有P.S.Huang等人提出的內反射法，基于Sagnac效應的環形激光器法以及測量精度最高的激光干涉法。但是這些方法所需光路調整繁瑣，光學元器件需要精密加工。國內還有利用變柵距光柵進行角度識別，其原理是利用閃耀光柵不同位置柵距的變化，起到對寬帶復色光進行濾波的作用，將具有這種特性的光柵制成圓筒狀，從而實現對不同旋轉角位移的識別，但變柵距光柵研制較為困難且成本很高。

基于上述分析，本發明提出一種基于閃耀光柵以及差分原理的小角度快速識別方法，相較于傳統電學和光學方法，且抗干擾能力強、結構簡單、靈敏度較高，為小角度測量提供了一種新穎的技術解決方案。

發明內容

發明目的：目前存在的光學測角方法系統搭建復雜、成本高且不易于實現在線監測。針對這些問題，本發明所采用方法結構簡單、抗干擾能力強、靈敏度高、易于與在線監測系統集成。進一步豐富傳統的角度測量技術解決方案，本發明提供一種基于閃耀光柵的微小角度快速識別方法。

該方法通過對閃耀光柵一級衍射光譜的測量，推算出相應的角位移，實現對小角度的快速識別。提出的差分式雙閃耀光柵角度辨識原理及系統，還可提高靈敏度。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于閃耀光柵的微小角度快速識別方法，使用一個閃耀光柵構建角位移識別系統，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：使用Y型光纖搭建自準直光路系統