專利名稱：基于干涉條紋形狀的二維小角度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高精度二維小角度測量裝置，屬于精密測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微小角度的測量在精密加工、航空航天、軍事和通訊等許多領(lǐng)域都具有極其重要的意義和作用。光學(xué)測角法由于具有非接觸、高準(zhǔn)確度和高靈敏度的特點，因而成為精密測量技術(shù)領(lǐng)域的重要方法。
目前光學(xué)小角度測量方法主要有光電自準(zhǔn)直儀法、激光干涉法。光電自準(zhǔn)直法利
用激光本身的方向性，以激光光強分布中心作為基準(zhǔn)直線，采用光電探測器探測光斑的位
置，實現(xiàn)角度的測量，該方法結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；但在高精度小角度測量中，由于光源部分
光束角漂的影響，使得測量結(jié)果重復(fù)性低、穩(wěn)定性差，難以實現(xiàn)高精度的測量。 激光干涉法把直接測量物體的轉(zhuǎn)動微角度轉(zhuǎn)化成測量物體光與參考光的光程差，
此方法雖精度高，由于激光干涉測角儀是采用干涉條紋進行測量的，因此對環(huán)境的要求極
為荷刻，許多外界因素，如周圍空氣流動、車輛運行等都會對測量結(jié)果產(chǎn)生很大影響，并且
結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服已有光學(xué)二維小角度測量方法的不足，提供一種基于干涉條紋形狀的二維小角度測量裝置。該裝置具有抗干擾能力強、精度高、重復(fù)性好等特點。 為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型的二維小角度測量裝置，包括激光器、激光調(diào)制器、分光鏡、參考反射鏡、目標(biāo)反射鏡和四象限光電接收器，目標(biāo)反射鏡固定在被測物體上。激光調(diào)制器對激光器發(fā)出的光束進行調(diào)制，被調(diào)制的光束經(jīng)分光鏡后分為兩束，經(jīng)目標(biāo)反射鏡和參考反射鏡反射后再返回分光鏡，會聚產(chǎn)生動態(tài)干涉條紋，當(dāng)被測物體沿z軸有角度變化時，動態(tài)干涉條紋的寬度將發(fā)生變化，當(dāng)被測物體沿x軸有角度變化時，動態(tài)干涉條紋的寬度和方向同時改變。動態(tài)干涉條紋用四象限光電接收器接收后轉(zhuǎn)為電信號，該信號經(jīng)放大后采集到計算機中，再通過分析條紋寬度和方向的變化量，計算出被測物體沿x軸、z軸的角度變化量。 由于本實用新型裝置僅采用一個照明光源，一個分光鏡和兩個反射鏡實現(xiàn)二維小角度的同時測量，因此，該裝置光學(xué)元件少，結(jié)構(gòu)簡單，體積小。并且本實用新型采用波長調(diào)制法具有抗干擾能力強，重復(fù)性好，精度高等優(yōu)點，本實用新型裝置精度可達O. 03arcsec。

圖1為本實用新型的二維小角度測量裝置示意圖[0009] 圖2為信號處理裝置系統(tǒng)框圖具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與測量原理作進一步詳細(xì)的說明。 如圖1所示，本實施類選用半導(dǎo)體激光器，激光器1也可以是其它類型的激光器， 例如He-Ne激光器。用激光調(diào)制器2對激光器進行調(diào)制，調(diào)制信號可以為三角波，也可以為 鋸齒波或正弦波，這樣從激光器出射的光束的波長和強度隨調(diào)制信號周期性改變，該光束 經(jīng)分光鏡3后分為兩束， 一束入射到參考反射鏡5，反射回來的光線再經(jīng)分光鏡3，另一束入 射到固定在被測物體表面的反射鏡4，從反射鏡4反射回來的光束再經(jīng)分光鏡3后與從反射 鏡5反射回的光線產(chǎn)生干涉條紋，由于被調(diào)制的波長發(fā)生周期性變化，因此產(chǎn)生的干涉條 紋也跟著周期變化，形成動態(tài)干涉條紋。該動態(tài)干涉條紋被四象限光電接收器6接收。當(dāng) 被測物體繞z軸和x軸有角度變化時，動態(tài)干涉條紋的寬度和方向發(fā)生變化。四象限光電 接收器6將變化的動態(tài)干涉條紋轉(zhuǎn)為電信號，電信號經(jīng)放大后采樣到計算機7中，利用計算 機7計算出條紋寬度和方向的變化量，從而得到被測物體繞x、 z兩軸的角度變化量。 目標(biāo)反射鏡4固定在被測物體上，當(dāng)被測物體繞z軸有角度偏擺時，動態(tài)干涉條紋 的寬度發(fā)生改變，當(dāng)被測物體繞x軸有角度偏擺時，動態(tài)條紋的寬度和方向同時發(fā)生改變， 動態(tài)干涉條紋被四象限光電接收器接收后轉(zhuǎn)化為光電流，四路光電流信號經(jīng)過電流_電壓 轉(zhuǎn)換后經(jīng)高速同步A/D采樣，采集到的思路信號送入計算機中進行數(shù)字濾波、分析，最后將 處理的結(jié)果動態(tài)顯示。
權(quán)利要求一種高精度二維角度測量裝置，其特征在于該裝置包括激光器(1)、激光調(diào)制器(2)、分光鏡(3)、目標(biāo)反射鏡(4)、參考反射鏡(5)和四象限光電接收器(6)，目標(biāo)反射鏡(4)固定在被測物體上，用激光調(diào)制器(2)對激光器(1)進行調(diào)制，調(diào)制后的光束經(jīng)分光鏡(3)后分為兩束，經(jīng)目標(biāo)反射鏡(4)和參考反射鏡(5)反射后再返回分光鏡(3)，會聚產(chǎn)生動態(tài)干涉條紋，動態(tài)干涉條紋用四象限光電接收器(6)接收后轉(zhuǎn)為電信號，該信號經(jīng)放大后采集到計算機(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利1所述的二維小角度測量裝置，其特征在于用激光調(diào)制器對激光器產(chǎn)生 的激光進行調(diào)制，調(diào)制信號可以用三角波、鋸齒波和正弦波。
專利摘要本實用新型涉及一種基于干涉條紋形狀的二維小角度測量裝置，屬于精密測量技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括激光器、分光鏡、目標(biāo)反射鏡、參考反射鏡和四象限接收器，目標(biāo)反射鏡固定在被測物體上。激光調(diào)制器對激光器發(fā)出的光束進行調(diào)制，被調(diào)制的光束經(jīng)分光鏡后分為兩束，分別經(jīng)目標(biāo)反射鏡和參考反射鏡反射后再返回分光鏡，會聚產(chǎn)生動態(tài)干涉條紋，當(dāng)被測物體沿z軸有角度變化時，動態(tài)干涉條紋的寬度將發(fā)生變化，當(dāng)被測物體沿x軸有角度變化時，動態(tài)干涉條紋的寬度和方向同時改變。動態(tài)干涉條紋用四象限光電接收器接收后轉(zhuǎn)為電信號，該信號經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后采集到計算機中，通過分析條紋寬度和方向的變化量，計算出被測物體沿x軸、z軸的角度變化量。本裝置的優(yōu)點在于采用波長調(diào)制法，重復(fù)性好、抗干擾能力強，并且結(jié)構(gòu)簡單、體積小、精度高，精度可達0.03arcsec。
文檔編號G01B11/26GK201463847SQ20092008552
公開日2010年5月12日 申請日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月6日
發(fā)明者曹洪端, 楊練根, 王選擇, 翟中生, 鐘毓寧 申請人:湖北工業(yè)大學(xué)