專利名稱：短距精密動態(tài)測角儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)測量領(lǐng)域，具體涉及一種用于微角振動測量的短距精密動態(tài)測角儀。
2.背景技術(shù)目前，公知的反射靶標(biāo)式光學(xué)動態(tài)測角儀是通過具有動態(tài)性能的二維位置傳感器，獲取與被測體固連的平面反射鏡上入射光束與反射光束之間的角偏移在位置傳感器探測面上光點(diǎn)的動態(tài)線位移，對應(yīng)求得被測體在兩個正交方向上的動態(tài)偏轉(zhuǎn)角。實(shí)用新型動態(tài)測角儀(專利號95238619.4)公開了一種光學(xué)測角裝置，該測角儀是按照上述基本原理設(shè)計(jì)的一種初級裝置，由于該裝置中不含有角放大功能的光學(xué)部件，若要提高測角分辨率，須通過增加探測距離來解決，與此同時必然造成測角動態(tài)范圍縮小，且每次測量安置時物鏡須重新進(jìn)行縱調(diào)，才能保證光束在位置傳感器上有良好的聚焦，并且靶標(biāo)拉開的距離受到物鏡焦距的限制，這些不足都將給裝置的使用帶來不便。
3.發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中精密探測距離長、測量動態(tài)范圍小、使用不方便的不足，本實(shí)用新型提供一種短距精密動態(tài)測角儀，可縮短探測距離，并保持測角分辨率和測角動態(tài)范圍不變。本實(shí)用新型短距精密動態(tài)測角儀，含有作為測量基準(zhǔn)的主體結(jié)構(gòu)和作為被測體的反射靶標(biāo)；主體結(jié)構(gòu)包括底部設(shè)置有二維角度精調(diào)機(jī)構(gòu)的機(jī)箱和設(shè)置在機(jī)箱體內(nèi)的光學(xué)結(jié)構(gòu)、位置傳感器、電路部分。其特點(diǎn)是，機(jī)箱內(nèi)的光學(xué)結(jié)構(gòu)含有半導(dǎo)體激光器、雙向運(yùn)用的主擴(kuò)束鏡、次擴(kuò)束鏡、45°分束鏡、聚焦透鏡和45°反射鏡，其連接關(guān)系為，機(jī)箱內(nèi)光學(xué)結(jié)構(gòu)在準(zhǔn)直軸上順序同軸設(shè)置有半導(dǎo)體激光器、次擴(kuò)束鏡和主擴(kuò)束鏡，由半導(dǎo)體激光器和次擴(kuò)束鏡構(gòu)成的準(zhǔn)直光源后面設(shè)置有45°分束鏡，45°分束鏡后面設(shè)置主擴(kuò)束鏡，主擴(kuò)束鏡與反射靶標(biāo)對應(yīng)；45°分束鏡在傳感分支光路上通過設(shè)置在右面的聚焦透鏡沿45°平面反射鏡的折轉(zhuǎn)光路與焦面上的位置傳感器對應(yīng)；位置傳感器與電路部分相連，電路部分與機(jī)箱外的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)原理直徑為d的平行準(zhǔn)直光束經(jīng)過一個倍率為β的擴(kuò)束鏡，其輸出形成直徑為βd的基準(zhǔn)平行光束，照射于用作靶標(biāo)的被測平面反射鏡上。當(dāng)反射靶標(biāo)無偏轉(zhuǎn)時，反射光軸與入射光軸相重合，它們的夾角為零，并沿原光路返回?cái)U(kuò)束鏡。這時，逆向傳輸?shù)姆瓷涔馐鴮赐瑯颖堵士s束，該縮束平行光由分束鏡分離出準(zhǔn)直光路的傳感分支光束經(jīng)過聚焦透鏡和平面反射鏡折轉(zhuǎn)引導(dǎo)，照射在位于焦平面上的位置傳感器探測面中心(即參考點(diǎn))。當(dāng)反射靶標(biāo)發(fā)生角度為θ的微小偏轉(zhuǎn)時，入射光軸與反射光軸之間夾角則為2θ，按照擴(kuò)束鏡原理，返回?cái)U(kuò)束鏡的逆?zhèn)鞴馐睆綁嚎sβ倍的同時光束偏移角也得到β倍放大，即縮束光軸與準(zhǔn)直光軸之間夾角變?yōu)?βθ，進(jìn)而匯聚在位置傳感器探測面上的光點(diǎn)相對于參考點(diǎn)位置偏移量也隨之放大β倍。在測角效果上，探測靈敏度獲得倍增作用。該光學(xué)結(jié)構(gòu)與高精度位置傳感器結(jié)合，可達(dá)到縮短測角探測距離的目的。測角實(shí)際距離壓縮于聚焦透鏡的焦距上，與測角等效距離相比，測角距離壓縮率為2β。
本實(shí)用新型在不改變位置傳感器的條件下，光路中引入雙向運(yùn)用的倍率為β的主擴(kuò)束鏡后，實(shí)際測角距離縮短為2β倍，或在同樣探測距離下，測角靈敏度提高β倍。本實(shí)用新型體積小、光路結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)際測角距離壓縮并折轉(zhuǎn)于機(jī)箱小空間內(nèi)。照射靶標(biāo)的光束為平行光，靶標(biāo)放置距離可任意調(diào)節(jié)，而不影響測角固有分辨精度和動態(tài)范圍。機(jī)箱裝配時位置傳感器探測面調(diào)焦已完成，裝置使用時勿須再做調(diào)焦操作。本實(shí)用新型可用于大型光機(jī)結(jié)構(gòu)微角振動的精密測量、也可用于結(jié)構(gòu)或光束的致穩(wěn)控制系統(tǒng)。
4.

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
圖1為本實(shí)用新型短距精密動態(tài)測角儀實(shí)施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型短距精密動態(tài)測角儀實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)部分機(jī)箱內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.反射靶標(biāo)2.頂蓋3.濾波片4.位置傳感器5.二維角度精調(diào)機(jī)構(gòu)6.底板7.電路板8.電纜孔9.電纜座10.電纜座11.電纜座12.電路板13.電纜孔14.隔板15.半導(dǎo)體激光器16.次擴(kuò)束鏡17.光阱18.45°分束鏡19.聚焦透鏡20.主擴(kuò)束鏡21.45°平面反射鏡22.通光孔23.45°平面反射鏡24.45°平面反射鏡25.隔板26.側(cè)板27.側(cè)板28.后板29.前板5.具體實(shí)施方式
圖中，本實(shí)用新型短距精密動態(tài)測角儀，含有主體結(jié)構(gòu)和反射靶標(biāo)1。主體結(jié)構(gòu)包括底部設(shè)置有二維角度精調(diào)機(jī)構(gòu)的機(jī)箱和設(shè)置在機(jī)箱體內(nèi)的光學(xué)結(jié)構(gòu)、位置傳感器4和電路部分。主體結(jié)構(gòu)的機(jī)箱殼體由側(cè)板26、側(cè)板27、后板28、前板29、底板6和頂蓋2構(gòu)成的扁平箱體。機(jī)箱內(nèi)固定設(shè)置有光學(xué)結(jié)構(gòu)、位置傳感器和電路部分。采用厚鋼板的機(jī)箱前板29和底板6組成光學(xué)結(jié)構(gòu)的剛性基座，前板29與穿過它的光學(xué)結(jié)構(gòu)中的主擴(kuò)束鏡20相固連，機(jī)箱底板6的下表面與二維角度精調(diào)機(jī)構(gòu)5相固連。反射靶標(biāo)1鏡面一側(cè)與凸出機(jī)箱前板29的主擴(kuò)束鏡20的鏡頭相對設(shè)置，其放置距離根據(jù)需要可任意調(diào)節(jié)。反射靶標(biāo)1的平面反射鏡的鏡面直徑設(shè)計(jì)為主擴(kuò)束鏡20的擴(kuò)束光束直徑的2倍。
機(jī)箱內(nèi)的寬度方向設(shè)置有隔板14，隔板14與后板28之間設(shè)置電路板7和電路板12。在隔板14與前板29之間設(shè)置有隔板25，隔板25設(shè)有一個通光孔22。
機(jī)箱內(nèi)光學(xué)結(jié)構(gòu)在準(zhǔn)直軸上順序同軸設(shè)置有半導(dǎo)體激光器15、次擴(kuò)束鏡16和主擴(kuò)束鏡20，主擴(kuò)束鏡20為雙向運(yùn)用的擴(kuò)束鏡。次擴(kuò)束鏡16與主擴(kuò)束鏡20之間設(shè)置有45°分束鏡18，準(zhǔn)直軸線穿過其中心并與其法線成45°。次擴(kuò)束鏡16小口徑一端的設(shè)置與半導(dǎo)體激光器15相鄰，其大口徑一端的設(shè)置與45°分束鏡18相鄰。主擴(kuò)束鏡20小口徑一端的設(shè)置與45°分束鏡18相鄰，其大口徑一端的設(shè)置凸出于前板29。光阱17和聚焦透鏡19分別設(shè)置于45°分束鏡18的兩側(cè)，聚焦透鏡19的另一側(cè)設(shè)置有45°平面反射鏡23。光阱17和聚焦透鏡19的幾何中心軸線為同一條直線，并與準(zhǔn)直軸線垂直相交，此直線分別穿過位于聚焦透鏡19兩側(cè)的、法線相互垂直的45°分束鏡18和45°平面反射鏡23的中心。45°平面反射鏡23與45°平面反射鏡21法線相互平行、鏡面中心之間的連線與準(zhǔn)直軸線平行；45°平面反射鏡21與45°平面反射鏡24法線相互垂直、鏡面中心之間的連線與準(zhǔn)直軸線垂直；45°平面反射鏡24鏡面中心與位置傳感器4探測面中心之間的連線穿過法線與之平行的濾波片3中心并與準(zhǔn)直軸線平行。聚焦透鏡19輸出的匯聚光束依次經(jīng)過三個45°平面反射鏡(23、21、24)作三次直角折轉(zhuǎn)，引導(dǎo)至位置傳感器4探測面上。匯聚光束傳輸路徑長度為聚焦透鏡19的焦距，位置傳感器4探測面在聚焦透鏡19的焦面上。
機(jī)箱內(nèi)電路部分中的電路板7為光源驅(qū)動板，輸出電纜通過電纜孔8與相鄰的半導(dǎo)體激光器15相連；其中電路板12為信號接收板，輸入電纜通過電纜孔13與相鄰的傳感器相連；機(jī)箱后板28上水平排列設(shè)置了三個電纜座，其中，電纜座9與電路板7連接，為其提供獨(dú)立電源；電纜座10與電路板12連接，為其提供獨(dú)立供電源；電纜座11與電路板7連接，為其提供輸出信號。輸出信號傳輸給數(shù)據(jù)采集卡，或通過微機(jī)時實(shí)監(jiān)測二維動態(tài)測角過程，或與閉環(huán)控制系統(tǒng)相連接。
權(quán)利要求1.短距精密動態(tài)測角儀，含有作為測量基準(zhǔn)的主體結(jié)構(gòu)和作為被測體的反射靶標(biāo)；主體結(jié)構(gòu)包括底部設(shè)置有二維角度精調(diào)機(jī)構(gòu)的機(jī)箱和設(shè)置在機(jī)箱體內(nèi)的光學(xué)結(jié)構(gòu)、位置傳感器和電路部分；其特征在于機(jī)箱內(nèi)的光學(xué)結(jié)構(gòu)含有半導(dǎo)體激光器(15)、雙向運(yùn)用的主擴(kuò)束鏡(20)、次擴(kuò)束鏡(16)、45°分束鏡(18)、聚焦透鏡(19)和45°平面反射鏡，其連接關(guān)系為，機(jī)箱內(nèi)光學(xué)結(jié)構(gòu)在準(zhǔn)直軸上順序同軸設(shè)置有半導(dǎo)體激光器(15)、次擴(kuò)束鏡(16)和主擴(kuò)束鏡(20)，由半導(dǎo)體激光器(15)和次擴(kuò)束鏡(16)構(gòu)成的準(zhǔn)直光源后面還設(shè)置有45°分束鏡(18)，45°分束鏡(18)后面設(shè)置有主擴(kuò)束鏡(20)，主擴(kuò)束鏡(20)與反射靶標(biāo)(1)對應(yīng)；45°分束鏡(18)在傳感分支光路上通過設(shè)置在右面的聚焦透鏡(19)沿45°平面反射鏡的折轉(zhuǎn)光路與焦面上的位置傳感器(4)對應(yīng)；位置傳感器(4)與電路部分相連，電路部分與機(jī)箱外的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短距精密動態(tài)測角儀，其特征在于所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)中聚焦透鏡(19)至位置傳感器(4)的折轉(zhuǎn)光路上設(shè)置有45°平面反射鏡(23、21、24)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種短距精密動態(tài)測角儀，含有主體結(jié)構(gòu)和反射靶標(biāo)。主體結(jié)構(gòu)包括底部設(shè)置有二維角度精調(diào)機(jī)構(gòu)的箱體和固定在箱內(nèi)的光學(xué)結(jié)構(gòu)、位置傳感器和電路部分。光學(xué)結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體激光器與次擴(kuò)束鏡構(gòu)成的準(zhǔn)直光源后面設(shè)置有45°分束鏡，45°分束鏡在準(zhǔn)直光路上通過主擴(kuò)束鏡與機(jī)箱外的反射靶標(biāo)對應(yīng)，45°分束鏡在傳感分支光路上通過聚焦透鏡及45°平面反射鏡與位置傳感器對應(yīng)，位置傳感器與電路部分相連，電路部分與機(jī)箱外的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連。本實(shí)用新型設(shè)置了雙向運(yùn)用的擴(kuò)束鏡，測角靈敏度獲得倍增，探測精度大大提高，等效探測距離不變而實(shí)際探測距離縮短。本實(shí)用新型體積小、架設(shè)方便，可用于大型光機(jī)結(jié)構(gòu)微角振動的精密測量。
文檔編號G01B11/26GK2777490SQ20042010561
公開日2006年5月3日 申請日期2004年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者王雁, 馬社, 趙忠杰 申請人:中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所