[發明專利]一種高分辨力一維測角激光傳感器

在審

• 申請號: 202010746161.0
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111765853A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 李杏華;楊志明
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G02B27/09;G02B27/28;G02B17/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王蒙蒙

本發明公開了一種高分辨力一維測角激光傳感器，包括激光器、縮束器、第一衰減片、針孔濾波器、偏振分光鏡、四分之一波片、待測面、分光鏡、第二衰減片、第一三次反射棱鏡、第二三次反射棱鏡、第一光電二極管、第二光電二極管和第三光電二極管；偏振分光鏡將激光光束分為s光和p光，p光被第一光電二極管接收，s光經四分之一波片后在待測面反射后經四分之一波片后變為p光，經四分之一波片處理后的p光透過偏振分光鏡后進入分光鏡并被其分為透射光和反射光；透射光經第二衰減片后進入第一三次反射棱鏡，經三次反射后被第二光電二極管接收；反射光進入第二三次反射棱鏡，經三次反射后被第三光電二極管接收。本發明可實現小角度的高分辨力檢測。

技術領域

本發明涉及激光測量技術，特別涉及一種利用內反射原理和差分測量原理實現高分辨力一維測角激光傳感器。

背景技術

高精度角度測量是精密儀器科學研究中的重要研究之一，近些年來，隨著微納制造和精密加工技術的發展，對測量儀器的精度要求也越來越高。在精密測角領域，目前一些測量主流方法有自準直法、激光干涉法、光學分度頭法、圓光柵測角法和內反射測角法等，不同的方法有著各自的優缺點，其中內反射測角在小角度和動態測量中，有著極大的優勢。

內反射測角一般分為兩種測量方案，一種是根據激光在棱鏡中發生全反射時相位變化來實現角度測量，但是需要相位測量裝置，難以小型化；另一種方案是激光在臨界角棱鏡中發生反射，當入射角小于臨界角時，反射光的強度隨入射角變化，光電二極管將光強變化轉化為電信號，結構簡單，可以實現角度傳感器的小型化，但同時光強會受到環境光、溫度變化、鏡面反射光、分光比等問題的影響而導致測量精度大打折扣。為此，設計了一種可靠的光路結構，在保證測量精度的同時，有較強的穩定性，該傳感器在實際應用中具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種高分辨力一維測角激光傳感器，本發明傳感器利用內反射原理檢測光強變化實現小角度的高分辨力檢測，同時解決了內反射原理應用小角度測量中傳感器的光源穩定性和立體分光鏡分光比誤差對測角分辨力帶來的影響。

本發明所采用的技術方案是：一種高分辨力一維測角激光傳感器，包括：

激光器；

縮束器，用于調整所述激光器發射的激光光束的直徑；

第一衰減片，用于調整經所述縮束器后的激光光束的光強；

針孔濾波器，用于過濾經所述第一衰減片后的激光光束；

偏振分光鏡，用于將經所述針孔濾波器后的激光光束分為s光和p光，其中，p光透射，s光反射；

第一光電二極管，用于接收所述p光；

四分之一波片，用于將所述s光變為橢圓偏振光；

待測面，所述橢圓偏振光在所述待測面反射形成反射光，所述反射光經過所述四分之一波片后變為p光；

分光鏡，經所述四分之一波片處理后的所述p光透過所述偏振分光鏡后進入所述分光鏡并被所述分光鏡分為透射光和反射光；

第二衰減片，用于調整所述透射光的光強；

第一三次反射棱鏡，用于對經所述第二衰減片后的所述透射光進行三次反射；

第二光電二極管，用于接收經所述第一三次反射棱鏡后的所述透射光；

第二三次反射棱鏡，用于對所述反射光進行三次反射；以及，

第三光電二極管，用于接收經所述第二三次反射棱鏡后的所述反射光。

進一步地，所述激光器為半導體圓點激光器，所述激光器發射的激光光束的波長為635nm，所述激光器發射的激光光束所形成的光斑直徑為1.5mm。