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光学测量

光学测量

4.2.2 定值角型任意㎞角干涉测量技术
两块平面镜以一定的夹角排列而构成的光学组件即为定值角,用标准定值角取代迈∷克尔逊干涉仪中的测量干涉经就构成定值角干涉仪。天津大学?根据该原理设计的一个双定值角型?测角系统光路如图8所?示。由激光器1初涉的光束?经扩大镜组2、针孔㏄滤√波器3、?准直透镜5、限束光阑6、平面反射镜7、分∞光镜8后分成?两束,分?别进入由长平面镜9和被检*多面棱镜?12构成的双定值?角,经反射后在分光镜8上产生?干涉,?干涉信号㈱由CCD元件4接收。这一路光称为多面棱体检定光路,与其对称的右半部∫分称为双定值角?测㎜量-跟踪干涉仪,工作原理与其完全相同?。该系?统∟能在0~360度±范围㎝?内实现?任意角度的≤高准确度?测量,测量不确定度优于0.∝3”[㏕27]。该方法≈的主要问题℡是标准定值角的加工及安装精度比较难保证,∩而且测量∏过程中需要一套双定值跟踪系统,结构比较复杂。
4.2.3 双频激光楔形平板干?设法测量任意转角
利用双光线经过楔形?平板时光程差变°化与平板㎎转角的关系,测得光程差的变化,∥从而得出相·应的转角变化。系统基本?原理如图9所示。由双频激光器发出的激光束经过″分光镜分为两束,反射光经检偏器1后由光电接收器ml接收,形成参考信号。投射¥的一束光是测量光路,经过偏振偏光镜将﹣偏振方向相互垂直的两路光分开,频?率分别为f ?1和f2,两路光分别经过λ/4波片和楔形平板后?由角锥镜◎反射回偏振分光镜?铲射产生干涉信号,经检偏器后由光电接收/器2吸收,将光电接收器1、2的⊿信号送入信号处理电路,可得到多﹣普勒频差,该频?差值随光程差而变,即随平板移动而变化,因此可以得到楔形平板转角的∶信息。系统中光线4次通过楔形平板,采用了差动结构,可以消除楔?形平板的平移和摆动误㎏?差产生的影响。该系统可以自动判别转台∵的转动方向,可测量360度范围内?的∪转角,动态相应范围?为4r/♀so。但是?,系统灵敏度在整个测量方位内不是常数,为了克÷服这以%缺点,使用在空间相互垂直的两套测量光路以℉消除90度和27?0度两个?死点,这样就使系统的体?积非常庞大,结构复杂。另外,由于?使用多个角锥反射镜,?使光路装调比较困难,很难在实际中应用。

为了解决以上问题,本文作者在?此原理的基础上提出了一种基丁光栅∴楔形平?板的双频激光干涉∷角?度测量的新方法,可以简化¥测量装?置,相?应的提高系统?灵敏度和测量精度。
由上所′述可以看出激光干涉测角法的最大优点是准确度高、信号均匀性好、?信噪×比高,有希望达到通常方?法达不到的准确度,因此在高精∽度角度测量光学测量?∑中得到了大量的运用。其缺点是结构复杂,较m难≡在现场使用。随着激光干涉测量仪?器的改进及新型激光光源的诞生和改进,可?以得到进一步发展。

5 环形激光≠测?教法
环形激光器已发展?成为在360度整周角度范围内的高测量精度和高测量分辨力的角度和角速度传感器,㏒在惯性<导航和角速度定位方面有重要的用途。环形激?光是转速测量?准确度最高的方法,转速测量相对准确度可达到10-6。研?究环⌒形激光器最∨多的国家是德国和俄罗斯。用该技术测角有以下优点:
(1) 易实现?自校,可以在测∠量过程中确定环形激光器的?比例因子,从而大大减少了测%量误差。 ?
(2) 可以实现£高速转角测量,动态?响应范围宽。
(3)可以在转速测量的同时实现转角测量,还可以测量瞬态¢转速。
缺点是加?工工艺难以保证,成本高,对>环境要求严格,这是环形激光器没有得到大量应用?的最主要原因。主要误差来源是频﹤锁、零飘、频率?牵引和地球自转的影响。
环形激光测角的基本?原理如?图10所示。当被检?量具和环形激光器相?对2于静止的?光电㎡自准直仪同≯步转动时,‖在瞄准轴与?量+具棱面发1现相重合的瞬间,被测角度转换成由光电流触发和停止脉冲所3需的时间间隔,接?口装置在此间隔内对环形激光脉冲?读数[31]。圣彼得堡电子大学@和PTB≮合作研制的精密环形激光测角计可用于光学多面体和光⊕学编码器的校准、旋转物体的外部角度测量和测角仪本身£的内部旋转角测量。该装置的原理和上∮面介绍的基本相-同。?为了消除环?形激光器比例系数绝对值长时间波动引起的测量误差‰,与测量过程同时进行激光器校准,即用2&pi?;角度(整㏑转)内的周?期数﹥相≧加的方法确定环形激光器差频周期角值。?与标*准角度测?量?方法相比,该=装置?在1r/s的转?速范围内,测量?准确度达到0.5μrad(≥0.1”)[32]。他们还将环形激光用于衍射光谱?仪衍射角的测量?,在0度到360度3范围内?测量误差♂大约为0=.05弧秒[33]。 –Content? End–﹢>

6 结论
通过?对目前常用的几种光学测角的方法的介绍可以看出,光学测角法在角度测≌量中已??经得到了广泛的应〒用,并且达到了很高μ的测量精?度。圆光栅在角度测量中的应?用非常广泛,在整周任意角度的测?量中也达到?了极高的准?确度。其缺点?是对光栅与转台的对心准确度要¬求较高,高准确度光栅的制作加工困难。光学内反射法小角度??测量的主要优点是体积小?⊥,可以做mol成袖珍式测角℃仪,但其测量?范围也很小,因⊙此只?∧能?用于小角度测量﹢。激光干涉测角技术的最大优点是测?量精度高,小×角度测量已经达到了极高的准确度,各种不№同的测量仪器在静态和动态测量的条℅件下也具?有结构?简单、稳≦定性好、仪器只能?化等※许多优点。作?适当的改进,消除误差因素可进行整周角度测量。但目前的效果不很≒理想,测量精度不是很高,?而且体积庞大,不适合在现场使用,因此∣还需要作进一?步研究。在整周角度测量中,环?形激m光器被¤认为优∈于目前其他技术$。该方法的缺点是只能实现?动态测量??,对测量条件§要求很?高,但该方法在?动态整周角度测量方面是一个非常有前途的发展方向。
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