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专利号: 2017109442383
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种大径向位移裕度激光外差干涉角度测量装置,其特征在于:

包括激光外差干涉角度探测光路部分和角度测量镜;激光外差干涉角度探测光路部分包括输出正交线偏振光的双频激光器(1)、分光镜(2)、第一光电探测器(3)、第一偏振分光镜(4)、第二光电探测器(5)、第一法拉第旋光器(6)、第一测量偏振分光镜(7)、第一四分之一波片(8)、第一平面反射镜(10)、直角反射镜(11)、第二法拉第旋光器(12)、第二测量偏振分光镜(13)、第二四分之一波片(14)和第二平面反射镜(16),第一光电探测器(3)和第二光电探测器(5)的探测通光孔集成有偏振片;角度测量镜包括第一角锥棱镜(9)和第二角锥棱镜(15),第一角锥棱镜(9)和第二角锥棱镜(15)封装固定在一起并连接于被测对象(17),随着被测对象(17)一起运动;

双频激光器(1)输出正交线偏振光,正交线偏振光入射到分光镜(2)发生透射和反射分成两束光,分光镜(2)反射的光被第一光电探测器(3)接收获得角度测量参考信号;分光镜(2)透射的光入射到第一偏振分光镜(4)发生反射和透射再分成两束光:第一偏振分光镜(4)透射的光作为第一测量光束,第一测量光束经第一法拉第旋光器(6)入射到第一测量偏振分光镜(7)发生透射,经第一四分之一波片(8)后入射到第一角锥棱镜(9),被第一角锥棱镜(9)反射后再经第一四分之一波片(8)回到第一测量偏振分光镜(7)并反射到第一平面反射镜(10),经第一平面反射镜(10)反射后形成逆反光束,逆反光束按自身原光路逆反回到第一偏振分光镜处(4)并经第一偏振分光镜(4)反射后入射到第二光电探测器(5),作为第一逆返测量光束;

第一偏振分光镜(4)反射的光作为第二测量光束,第二测量光束被直角反射镜(11)反射后,经第二法拉第旋光器(12)入射到第二测量偏振分光镜(13)发生透射,经第二四分之一波片(14)后入射到第二角锥棱镜(15),被第二角锥棱镜(15)反射后再经第二四分之一波片(14)回到第二测量偏振分光镜(13),再经第二测量偏振分光镜(13)反射到第二平面镜(16),经第二平面镜(16)反射后形成逆反光束,逆反光束按自身原光路逆反回到第一偏振分光镜(4)处并经第一偏振分光镜(4)透射后入射到第二光电探测器(5),作为第二逆返测量光束;

第一逆返测量光束和第二逆返测量光束在第二光电探测器(5)的探测通光孔的偏振片处汇合产生拍频干涉,并被第二光电探测器(5)接收获得测量信号。

2.根据权利要求1所述的一种大径向位移裕度激光外差干涉角度测量装置,其特征在于:所述的第一偏振分光镜(7)绕光轴沿着第一测量光束正向传播方向看去顺时针转过

45°,第二偏振分光镜(13)绕光轴沿着第二测量光束正向传播方向看去顺时针转过45°;且第一法拉第旋光器(6)和第二法拉第旋光器(12)的旋光角度均为45°,第一法拉第旋光器(6)的旋光方向沿着第一测量光束正向传播方向看去是顺时针转过45°,第二法拉第旋光器(12)的旋光方向沿着第二测量光束正向传播方向看去是逆时针转过45°。

3.根据权利要求2所述的一种大径向位移裕度激光外差干涉角度测量装置,其特征在于:所述第一四分之一波片(8)和第二四分之一波片(14)的快轴方向与通过的线偏振光的偏振方向呈45°布置。

4.根据权利要求1所述的一种大径向位移裕度激光外差干涉角度测量装置,其特征在于:所述光路通过第一法拉第旋光器(6)、第一测量偏振分光镜(7)、第一四分之一波片(8)和第一平面反射镜(10)形成的第一测量光路的设置以及通过直角反射镜(11)、第二法拉第旋光器(12)、第二测量偏振分光镜(13)、第二四分之一波片(14)和第二平面反射镜(16)形成的第二测量光路的设置,能够确保角度测量镜存在大径向位移运动时或大角度转动时第一测量光束和第二测量光束的有效逆返。

5.根据权利要求1所述的一种大径向位移裕度激光外差干涉角度测量装置,其特征在于:还包括信号采集处理板和计算机,第一光电探测器(3)和第二光电探测器(5),经信号采集处理板与计算机连接,第一光电探测器(3)和第二光电探测器(5)探测到的参考信号和测量信号经信号采集处理传输至计算机进行数据处理,最终由计算机给出被测对象(17)的角度测量结果。

6.根据权利要求1-5任一所述装置的一种大径向位移裕度激光外差干涉角度测量方法,其特征在于:采用权利1-5任一所述装置,采用以下过程:

1)将角度测量镜安装在被测对象(17)上随被测对象(17)一起运动,选择可以输出正交线偏振光的双频激光器(1),双频激光器(1)输出的正交线偏振光经过激光外差干涉角度测量光路;

2)根据第一光电探测器(3)和第二光电探测器(5)分别探测到的参考信号和测量信号输入信号采集处理板处理得到被测对象(17)的角度测量数据。

7.根据权利要求6所述的一种大径向位移裕度激光外差干涉角度测量方法,其特征在于:所述步骤2)具体为:

2.1)参考信号和测量信号经电路整形处理均从正弦信号转变为矩形波信号,然后对两路矩形波信号进行信号上升沿计数,并对两个上升沿计数值对减得到整周期计数值N,对两路矩形波信号的相位差区间进行填脉冲计数处理获得非整周期计数值ε;

2.2)利用整周期计数值N和非整周期计数值ε,采用以下公式计算获得被测对象(17)的转动角度值θ:

其中,λ为激光波长,S为角度测量镜上第一角锥棱镜(9)与第二角锥棱镜(15)间的距离,4为光路的光学倍频系数,n为空气折射率。

8.根据权利要求6所述的一种大径向位移裕度激光外差干涉角度测量方法,其特征在于:所述测量方法中,角度测量镜随被测对象(17)一起转动,只要第一测量光束和第二测量光束分别被第一角锥棱镜(9)和第二角锥棱镜(15)捕获,能使得两测量光束有效逆返。

9.根据权利要求6所述的一种大径向位移裕度激光外差干涉角度测量方法,其特征在于:所述测量方法中,角度测量镜随着被测对象(17)一起运动,当存在径向位移运动时,只要分别被第一角锥棱镜(9)和第二角锥棱镜(15)反射的第一测量光束和第二测量光束能通过第一测量偏振分光镜(7)和第二测量偏振分光镜(13),就能保证两测量光束的有效逆返。