[发明专利]基于激光自混合干涉的角度测量方法及所用测量装置

说明书

一种基于激光自混合干涉的角度测量方法，将激光器输出的平行激光束作为入射光经准直透镜垂直入射到旋转物体表面的反射镜上，在旋转过程中入射光经反射镜反射后产生的反射光返回至激光器的谐振腔内且在激光器腔内发生激光自混合干涉形成自混合干涉信号，封装在谐振腔内的光电探测器接收此信号，并将其转化为电流信号，再将此电流信号以波形数据输出；利用激光自混合干涉条纹计数法测量出外腔长度进一步计数处理采集的波形数据，得到位移信息，并根据激光三角法，得到外腔长度的变化量和角度之间的关系，即可得到目标物体在Z轴方向偏转的角度。该方法能够在高精度的条件下实现角度测量，从而拓展基于激光自混合干涉的角度测量方法的应用。

技术领域

本发明涉及光学角度测量技术领域，具体涉及一种基于激光自混合干涉的角度测量方法及所用测量装置。

背景技术

光学角度测量技术是精密测量研究的重要组成部分，随着生产和科学的不断发展，角度测量技术越来越广泛地被各个领域。高精度光学角度测量技术成为非常重要的一部分，它的特点在于小范围内测量精度要求极高。

目前常用的光学角度测量方法主要有全内反射法和光学自准直法，这两种方法有各自的特点及应用局限性。

1、全内反射法其原理是通过分析光束发生全发反射时s(Shear) 光和p(Pressure)光的相位随入射角的变化实现角度测量。由于入射角发生全反射临界范围小，所以全内反射法适用于测量微小角度。

2、光学自准直法角度测量原理是利用分光棱镜将两束激光分开，由两个探测器分别检测出两个维度上光点偏离中心的距离，既而求出二维偏转角的角度值。但是，这种测量方法误差大，常用于光路准直。

近年来，基于激光自混合原理的激光干涉角度测量技术逐渐成为角度测量技术的研究热点。激光自混合干涉测角法是指激光器的输出光被外部物体反射或散射后，部分光反馈回激光器谐振腔内调制激光器的输出功率，从而引起激光器输出功率发生变化的现象，也称激光回馈现象。通过分析激光器输出功率的变化，可以得到外部物体的信息，激光器既是光源，也是探测器。因此，相对于传统的激光干涉法角度测量技术，基于激光自混合原理的角度测量技术因其单光路设计、结构简单、紧凑、易准直等优点逐渐成为激光干涉角度测量技术的重要研究方向。

该方法目前广泛应用于位移、距离、速度、角度和振动等参数测量，对于军事、微机电系统、精密加工、高精度检测等领域多参数的同时测量具有极其重要的意义和作用。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于激光自混合干涉的角度测量方法，该方法能够在高精度的条件下实现角度测量，从而拓展基于激光自混合干涉的角度测量方法的应用。

本发明的目的还在于提供一种实现上述方法所用的测量装置。

如上构思，本发明的技术方案是：一种基于激光自混合干涉的角度测量方法，将激光器输出的平行激光束作为入射光经准直透镜垂直入射到旋转物体表面的反射镜上，在旋转过程中入射光经反射镜反射后产生的反射光返回至激光器的谐振腔内且在激光器腔内发生激光自混合干涉形成自混合干涉信号，封装在谐振腔内的光电探测器接收此信号，并将其转化为电流信号，再将此电流信号以波形数据输出；利用激光自混合干涉条纹计数法测量出外腔长度进一步计数处理采集的波形数据，得到位移信息，并根据激光三角法，得到外腔长度的变化量和角度之间的关系，即可得到目标物体在Z轴方向偏转的角度。

所述一种基于激光自混合干涉的角度测量方法所用的测量装置，包括激光器、信号调制电路和计算机；所述激光器谐振腔内封装有光电探测器、激光光源和准直透镜，所述光电探测器与信号调制电路连接，信号调制电路与计算机连接；所述激光光源形成入射光束通过准直透镜垂直入射到被测物体表面的反射镜上，经反射后反射回激光器谐振腔内，并由封装在激光器谐振腔内的光电检测器接收。

所述信号调制电路由信号放大电路、信号调制电路和电流电压转换电路依次连接组成。