[发明专利]用于提高自准直仪测量精度的光源频率调制装置及方法

说明书

本发明公开的用于提高自准直仪测量精度的光源频率调制系统，包括频率发生装置，频率发生装置用于发出3路频率相同、占空比和延时分别可调的脉冲频率源，1路用于对自准直仪的激光光源进行频率调制；1路用于对PSD器件背景光产生的光电信号进行采样保持；1路用于对PSD器件脉冲光产生的光电信号进行采样保持。本发明还公开了光源调制方法，通过控制采样时机，获取稳定的光电信号，为后续处理电路提供正确可信的信号。本发明公开的系统在仪器研制期间可灵活更改，并且，具有延时可调功能，避免了错误信号的混入，进而提高测量精度。

技术领域

本发明属于光电测试技术领域，涉及一种用于提高自准直仪测量精度的光源频率调制系统，还涉及一种用于提高自准直仪测量精度的光源频率调制方法。

背景技术

自准直仪，也称为“自准直光管”、“光学平直度检查仪”，是一种利用光的自准直原理将角度测量转换为线性测量的一种计量仪器。其工作原理为：由光源发出的光经分划板、半透半反镜和物镜后射到反射镜上。光线通过位于物镜焦平面的分划板后，经物镜形成平行光。平行光被垂直于光轴的反射镜反射回来，再通过物镜后在焦平面上形成分划板标线像与标线重合。当反射镜倾斜一个微小角度α角时，反射回来的光束经倾斜2α角。自准直仪被广泛用于小角度测量、平板的平面度测量、导轨的平直度与平行度测量等方面。自准直仪的原理图如图1所示，包括：31.反射镜，32.物镜，33.光源，34.星孔板，35.聚光镜，36.分光镜，37.目镜，38.感光器件。随着光电探测器件的快速发展，目前自准直仪的数据判读早已由人眼判读变为由光电探测器件接收光斑信号判读，常用器件主要有：位置敏感器件PSD，CCD和四象限探测器等多种。

位置敏感器件PSD的原理是横向光电效应，它通过入射光引起光敏面内部PN结中载流子的移动，在两个输出电极得到与光斑位置成一定比例的光电流。是近年发展起来的一种新型位置探测器，是一种对其感光面上入射光点位置敏感的光电器件，其输出信号与光点在光敏面的位置有关。由于检测的是光电流信号，光电流的大小和入射光班的光强有关，所以在进行位置测量的同时还能对入射光的能量大小进行解算。其光谱响应范围较大，能适用于可见光和红外光的检测。光敏面上测量的是连续位移信号，所以其测量范围无死区。使用PSD器件用于光斑X向位置测量的原理如图2所示。

有研究表明，当背景光与光斑同时照射在PSD的光敏面时，其位置测量精度会受到背景光的影响，为去除背景光影响，提高光斑位置判读精度，可以在测量中使用光源调制法，在信号处理单元通过采样保持法滤除背景光干扰。光源调制法，即采用采样—保持原理，对光源进行脉冲调制，去除背景光和噪声的干扰，其原理如图3所示；脉冲光到来前，采样脉冲1控制采样保持器1对背景光信号进行采样并保持，脉冲光到来时，采样脉冲2控制采样保持器2对脉冲光进行采样并保持，采样保持器1和采样保持器2所保持的信号，通过减法运算就可以消除测量系统的背景及噪声信号，大大增强了系统的抗背景光干扰的能力，提高了检测的精度。

在自准直仪实际研制中，PSD器件对经过频率调制的脉冲光的响应如图4所示存在一定延时，因为此延时的存在，使得脉冲光的激励信号不能作为信号处理电路的采样信号，采样信号会将PSD器件输出的不稳定信号与稳定信号同时记录下来，输出的结果存在较大偏差，正确的做法是在PSD器件的输出信号稳定期间，对其进行采样。而采用集成芯片，脉冲信号的占空比、频率的调整需要通过改变模拟器件的参数完成，理论计算的器件参数和实际器件参数也不一定能完全一致，误差较大，且调整过程不够灵活，存在一定不足和不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于提高自准直仪测量精度的光源频率调制系统，解决了现有技术PSD器件对脉冲光信号的响应延时和背景光对自准直仪测量精度的影响的问题。

本发明的另一目的是提供一种用于提高自准直仪测量精度的光源频率调制方法。