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诚硕光电:光学角度测量方法解读

时间:2020-12-07 20:28 点击次数:
 

1 导言

德国联邦物理研究院(PTB)的Anglica Taubner等人用衍射光栅干与仪丈量滚动物体,可以检测角加速度、角速度、转角。检测原理光路如图2所示。单频He-Ne激光器宣布的光通过柯斯特分束棱镜后在出射方向分束位两束平行光,这样因为气流和温度改变引起的两条光路的改变持平。通过变形透镜后直射或斜射到随被测件一起滚动的反射型衍射光栅上,该光栅是PBT特制的2400线/mm正弦相位光栅。干与信号由光电探测器接受,该体系检测正弦信号时丈量灵敏度不确认度为0.3%,测旋转物体时相位差不确认度为0.2%,该体系的首要问题是灵敏度十分复杂[16]。在此基础上作了相应的改善,并进行了标定[17]。
3 光学内反射小视点丈量法
光从光密介质传到光疏介质时,当入射角大于临界角时发作全反射现象。内反射法小视点丈量就是使用在全反射条件下入射角改变时反射光强的改变联系,通过反射光强的改变来丈量入射角的改变的。因为入射角在临界角邻近线性较好,跟着入射角的微小改变,反射光的强度发作急剧改变,因而丈量时一般定义一个临界角邻近的初始角θ0 ,被测角为相关于该初始角的角位移Δθ,这样就可以充分使用临界角邻近灵敏度较高的特色,进行小视点的高精度丈量。该丈量办法存在的一个问题是入射角和反射光强之间的联系对错线形的,灵敏度因而受到约束。为了减小函数非线性对丈量成果的影响,选用差分式丈量,其原理如图3所示,首要别离测出θ0+Δθ和θ0 -Δθ的反射光强的改变,然后用线性化公式进行处理,以得到相应的视点值。内反射法是由P S Huang等人提出来的[18],用该办法制成的测角仪体积可以做得很小,因而特别适用于尺度受约束的空间小视点的在线丈量,并且结构简单,成本低。丈量的灵敏度取决于初始入射角和全反射的反射次数,添加反射次数可以进步灵敏度,进步分辨力,但丈量范围就相应变小。因而P S Huang等人又在此基础上制成了多次反射型临界角视点传感器,用加长的临界角棱镜替代图3的直角棱镜以添加反射次数,如图4所示。该仪器可用于表面形貌、直线度、振荡等方面的丈量。在丈量视点方面,以3弧分范围内的分辨力为0.02弧秒。在接下来的工作中,P S Huang 等人又将其测角范围扩大到30弧分,输出信号峰-峰值的漂移小于0.04弧秒[19,20]。该仪器的缺陷是成本高,加长的临界角棱镜加工困难。台湾的National Chiao Tung University的Ming-Hong chin等人在此原理基础上,提出了全内反射外差干与测角办法。用外差干与测角办法。用外差干与仪丈量S偏振光和P偏振光之间的相位差,将传感器的测角范围扩大到10。,分辨力随入射角的大小改变,最佳分辨力可达8×1 0-5度[21]。Hong Kong University of Science and Technology的Wei Dong Zhou等人选用差动共光路结构,大大进步了体系的线性,并获得了0。3角秒的最佳分辨力【22】。天津大学和日本东北大学在这方面也进行了一些研究[23]。

4.2 激光干与恣意角丈量办法
上面介绍的干与法小视点丈量体系,丈量范围大约在几度以内,而大范围的视点丈量要求越来越多,为了处理整周视点的丈量问题,对上述办法进行了相应的改善,提出了几种新的激光干与恣意视点丈量办法。
4.2.1 用双平面反射镜完成恣意视点丈量
该体系的构造如图7所示。体系的中心部分由旋转镜RM、旋转镜悬架SU以及防歪斜装置TP构成。防歪斜装置TP可以保证在一周的旋转范围内,由旋转镜RM的两镜面构成的直角的角平分线始终与入射的激光束平行。当旋转镜悬架SU滚动θ角时,旋转镜RM在光线入射方向移动相应的间隔,光电元件接收的干与条纹数发作相应的改变[25]。该办法存在的首要问题时平面镜的表面形貌和两平面镜的直角差错都会对丈量成果产生影响,别的机械导杆的运动平稳度也会使成果产生偏差,需要用算法进行修正。
 

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