線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置及方法
2024-01-28 21:48:15
線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置及方法
【專利摘要】線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置及方法，屬於精密角度測量領域。本發明是為了解決現有精密角度測量方法都不能達到高精度角度測量要求的問題。本發明所述的線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置及方法，利用光學測角具有非接觸性、精度高和結構簡單等特點，不需要動鏡的方向信息，就可以在滿足精度的同時實現大範圍傾角檢測。本發明根據工程領域高精度測量角度的需要，利用線性調頻技術把待測的角度信息加載到外差信號的頻率差中，通過傅立葉變換可以同時解調出多個待測角度信息，經加權平均處理可以提高待測角度的精度。本發明能夠廣泛的應用於雷射雷達、機械、儀器儀表和電子產品製造業中。
【專利說明】線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於精密角度測量領域。
【背景技術】
[0002]精密角度測量是工程領域一直需要面對和解決的問題。隨著科學技術的發展，角度測量設備和測量方法不斷的推陳出新，如碼盤、永磁同步電機、雷射掃描儀、感應同步器、空間傅立葉光譜儀和四象限探測器等高準確度測角器件，及利用這些器件開發的測角設備的大量應用，為工程設計和檢測人員提供了大量角度測量問題的解決辦法。測角方法包括CCD光學測角法、PIP幹涉測量法、成像式光柵自準直測角法、基於莫爾條紋的自準直測角法等。利用這些方法一 般都不能達到高精度角度測量的要求。
【發明內容】
[0003]本發明是為了解決現有精密角度測量方法都不能達到高精度角度測量要求的問題，現提供線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置及方法。
[0004]線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置，它包括:線性調頻雷射器、平面標準鏡、會聚透鏡和光電探測器；
[0005]線性調頻雷射器輸出的線性調頻雷射入射到平面標準鏡上，且入射角Θ ^為銳角；
[0006]平面標準鏡前表面的一面將該雷射分束成一號反射光和折射光，平面標準鏡前表面的一面將該一號反射光反射至會聚透鏡上，平面標準鏡前表面將該折射光折射至平面標準鏡的後表面，該折射光經該平面標準鏡的後表面與前表面的另一面多次反射後獲得多束二號反射光，該多束二號反射光經該平面標準鏡的前表面透射之後，與一號反射光通過會聚透鏡匯聚至光電探測器的光敏面上。
[0007]基於上述裝置的線性調頻多光束雷射外差測量角度的方法，所述方法包括以下步驟:
[0008]步驟一:開啟線性調頻雷射器使線性調頻雷射器發出的線性調頻雷射入射到平面標準鏡上，且保證入射角Qtl為銳角；
[0009]步驟二:採集光電探測器獲得的光電流I，並將該光電流I的直流項進行濾除從而獲得中頻電流Iif ;
[0010]步驟三:對步驟二獲得的中頻電流Iif進行分析，獲得幹涉信號的頻率:
【權利要求】
1.線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置，其特徵在於，它包括:線性調頻雷射器(I)、平面標準鏡(4)、會聚透鏡(5)和光電探測器(6)； 線性調頻雷射器(I)輸出的線性調頻雷射入射到平面標準鏡(4)上，且入射角\為銳角； 平面標準鏡(4)前表面的一面將該雷射分束成一號反射光和折射光，平面標準鏡(4)前表面的一面將該一號反射光反射至會聚透鏡(5)上，平面標準鏡(4)前表面將該折射光折射至平面標準鏡(4)的後表面，該折射光經該平面標準鏡(4)的後表面與前表面的另一面多次反射後獲得多束二號反射光，該多束二號反射光經該平面標準鏡(4)的前表面透射之後，與一號反射光通過會聚透鏡(5)匯聚至光電探測器(6)的光敏面上。
2.根據權利要求1所述的線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置，其特徵在於，它還包括:信號處理系統(7)，信號處理系統(7)的電信號輸入端連接光電探測器(6)的電信號輸出端； 信號處理系統(7)中嵌入有軟體實現的模塊，所述模塊包括以下單元: 採集光電探測器(6)輸出的光電流I的採集單元； 對光電探測器(6)輸出的光電流I進行濾波，從而獲得中頻電流Iif的濾波單元； 利用中頻電流Iif獲得幹涉信號的頻率fp的單元； 利用幹涉信號的頻率fp獲得入射角Θ ^的單元。
3.根據權利要求1所述的線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置，其特徵在於，它還包括:濾波器(7-1)、放大器(7-2)、A/D轉換器(7-3)和DSP(7_4)； 光電探測器出)的電信號輸出端連接濾波器(7-1)的電信號輸入端，濾波器(7-1)的信號輸出端連接放大器(7-2)的信號輸入端，放大器(7-2)的放大信號輸出端連接A/D轉換器(7-3)的模擬信號輸入端，A/D轉換器(7-3)的數位訊號輸出端連接DSP (7-4)的數位訊號輸入端； 所述DSP(7-4)中嵌入有軟體實現的模塊，所述模塊包括以下單元: 採集A/D轉換器(7-3)輸出的中頻電流Iif的信號採集單元； 利用中頻電流Iif獲得幹涉信號的頻率fp的單元； 利用幹涉信號的頻率fp獲得入射角Θ ^的單元。
4.根據權利要求1、2或3所述的線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置，其特徵在於，它還包括:第一反射鏡(2)和第二反射鏡(3)； 線性調頻雷射器(I)輸出的雷射入射到第一反射鏡(2)上，第一反射鏡(2)將該雷射反射至第二反射鏡(3)上，第二反射鏡(3)將該雷射反射至平面標準鏡(4)上，且入射角Θ ^為銳角。
5.根據權利要求2或3所述的線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置，其特徵在於，所述幹涉信號的頻率fp為:
6.根據權利要求5所述的線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置，其特徵在於，根據下述公式獲得入射角Θ ^:
7.根據權利要求6所述的線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置，其特徵在於，所述線性調頻雷射器(I)輸出雷射的波長為1.55μηι。
8.根據權利要求7所述的線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置，其特徵在於，所述線性調頻雷射器(I)的調頻周期T = Ims,調頻帶寬Λ F = 5GHzo
9.根據權利要求8所述的線性調頻多光束雷射外差測量角度的裝置，其特徵在於，所述平面標準鏡(4)的折射率為1.493983，厚度為3cm。
10.基於權利要求1的線性調頻多光束雷射外差測量角度的方法，其特徵在於:所述方法包括以下步驟: 步驟一:開啟線性調頻雷射器(I)使線性調頻雷射器(I)發出的線性調頻雷射入射到平面標準鏡(4)上，且保證入射角θ ^為銳角； 步驟二:採集光電探測器(6)獲得的光電流I，並將該光電流I的直流項進行濾除從而獲得中頻電流Iif ; 步驟三:對步驟二獲得的中頻電流Iif進行分析，獲得幹涉信號的頻率:
【文檔編號】G01C1/00GK103940405SQ201410206103
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】李彥超, 布因嘎日迪, 楊九如, 冉玲苓, 楊瑞海, 杜軍, 丁群, 王春暉, 馬立峰, 於偉波 申請人:黑龍江大學