[發明專利]一種大范圍及高精度的滾轉角測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201711411843.0
• 申請日: 2017-12-23
• 公開（公告）號: CN108168466B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 王昭;齊靜雅;黃軍輝;高建民;齊紅澤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種大范圍及高精度的滾轉角測量裝置，其特征在于，包括雙頻激光器(1)、分光棱鏡(2)、相位計(13)和計算機(14)；雙頻激光器(1)的光軸前端設置分光棱鏡(2)，分光棱鏡(2)的反射光軸上依次設置有第一偏振片(3)和第一光電探測器(4)；分光棱鏡(2)的透射光軸上依次設置四分之一波片(5)和消偏振分光棱鏡(6)；消偏振分光棱鏡(6)的透射光軸方向依次設置后向棱鏡反射鏡(7)、二分之一波片(8)和四角錐反射器(9)；四角錐反射器(9)一側設置有用于將光反射并從原路返回至消偏振分光棱鏡(6)的平面反射鏡(10)；消偏振分光棱鏡(6)的從平面反射鏡(10)反射后光的反射方向設置第二偏振片(11)和第二光電探測器(12)；第一光電探測器(4)和第二光電探測器(12)分別與相位計(13)連接，相位計(13)連接計算機(14)；所述后向棱鏡反射鏡(7)包括兩個相互垂直設置的鍍介質膜反射鏡，其中一個反射鏡上設置有用于光通過和返回的通孔；穿過后向棱鏡反射鏡(7)通孔的光線與后向棱鏡反射鏡(7)的兩個反射鏡面均呈45度夾角。

2.根據權利要求1所述的大范圍及高精度的滾轉角測量裝置，其特征在于，所述四分之一波片(5)的快軸設置在與雙頻激光器(1)出射的兩束正交雙頻激光的偏振方向均呈45度夾角方向。

3.根據權利要求1所述的大范圍及高精度的滾轉角測量裝置，其特征在于，所述四角錐反射器(9)的內部為四個鍍介質膜的反射鏡，不相鄰的兩個反射鏡鏡面相互垂直。

4.根據權利要求1所述的大范圍及高精度的滾轉角測量裝置，其特征在于，所述分光棱鏡(2)的反射光與透射光比值范圍為(10:90)-(5:95)。

5.一種基于權利要求1-4任意一項所述的大范圍及高精度的滾轉角測量裝置的測量方法，其特征在于，包括：

步驟1)，雙頻激光器(1)發出的光束經過分光棱鏡(2)后分為兩束，反射光經過第一偏振片(3)，被第一光電探測器(4)接收，作為參考信號；

步驟2)，分光棱鏡(2)的透射光束經過四分之一波片(5)，再經過消偏振分光棱鏡(6)，作為測量光束，測量光束經過后向棱鏡反射鏡(7)的通孔，經過二分之一波片(8)的右側，后由四角錐反射器(9)反射，由左側再次通過二分之一波片(8)，由后向棱鏡反射鏡(7)反射通過二分之一波片的上側，再次經四角錐反射器(9)反射通過二分之一波片(8)的下側，此過程為光束通過二分之一波片(8)一個周期，之后，光束再次由后向棱鏡反射鏡(7)反射通過二分之一波片(8)的右側，以此類推；

步驟3)，測量光束在后向棱鏡反射鏡(7)和四角錐反射器(9)之間相互反射N個周期通過二分之一波片(8)，直至測量光到達平面反射鏡(10)，之后，光路原路返回，由后向棱鏡反射鏡(7)的通孔返回消偏振分光棱鏡(6)，測量光的反射光經過第二偏振片(11)，被第二光電探測器接收(12)，作為參考信號；

步驟4)，參考信號和測量信號經過相位計(13)得到相位差，并將數據傳遞給計算機(14)，計算機(14)根據相位差變化量與滾轉角之間的關系式計算出二分之一波片(8)的角誤差即被測滾轉角Δθ。

6.根據權利要求5所述的測量方法，其特征在于，滾轉角Δθ的測量計算公式為：其中，Δψ為滾轉角Δθ引起的相位差變化；N由四角錐反射器(9)決定，為常數。