[发明专利]用于轨道平顺性检测的二维锁相测量装置

说明书

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，涉及一种用于轨道平顺性检测的二维锁相测量装置。

背景技术

目前轨道的检测方法主要分为惯性基准法和弦测法，大型的轨检车普遍采用惯性基准法，通过对列车的加速度信号进行二次积分直接求得位置或位移量，得出惯性基准，其缺点在于测量结果受行车速度的影响，只能用于检测已经完工的路段，制造和使用成本很高，不便于日常线路检测维护。便携式轨检车则大多采用弦测法，通过测量短弦矢高来推算长波不平顺(CN200971459)，由于以小推大，存在误差放大等问题，且弦测法传递函数收敛性差，测量值不能完全真实地反映轨道状态，通过逆滤波处理也只能换算到40米波长的测量值。为了提高长波不平顺的测量精度，大连拉特激光有限公司采用激光准直法进行长弦测量(CN201575794U)，其缺点在于无法克服大气湍流导致的激光光斑随机抖动，光斑中心的判读误差以及振动等都会限制测量精度的进一步提高。为了克服上述问题，实现高速铁路轨道不平顺度的高精度、高效率测量，专利CN102304884A公开了一种新的高速铁路轨道平顺性检测方法，该检测方法基于双频激光干涉原理，分别采用横向锁相测头和垂向锁相测头来测量轨道的横向和垂向不平顺参数，两个锁相测头相互独立，比对位相时采用各自的双频激光器产生的参考信号，所以两个双频激光器的频差稳定性差异将使两个锁相测头在测量过程中引入系统误差，影响最终的轨道不平顺参数的高精度测量；并且由于双频激光器价格昂贵，体积较大，严重限制了整个测量系统的小型化和轻量化。

发明内容

本发明的目的在于消除该系统误差，进一步提高轨道平顺性检测的精度，减小整个测量系统的体积，降低成本。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：用于轨道平顺性检测的二维锁相测量装置，主要由双频激光光源部分，参考光路部分，横向不平顺测量光路部分以及垂向不平顺测量光路部分组成。

上述的横向不平顺测量光路包括平面反射镜A1(8)，平面反射镜A2(9)，偏振分光棱镜B(13)，1/4波片B1(14)，1/4波片B2(15)，转台B1(16)，平面反射镜B1(17)，传动带B(18)，50％分光棱镜B(19)，转台B2(20)，平面反射镜B2(21)，会聚透镜组B(12)，检偏器B(11)，探测器B(10)。

上述的垂向不平顺测量光路由偏振分光棱镜C(30)，1/4波片C1(24)，1/4波片C2(26)，平面反射镜C1(22)，平面反射镜C2(29)，转台C1(23)，转台C2(28)，传动带C(27)，50％分光棱镜C(25)，会聚透镜组C(31)，检偏器C(32)，探测器C(33)组成。

上述横向不平顺测量光路中，平面反射镜B1(17)和平面反射镜B2(21)分别固定在转台B1(16)和转台B2(20)上，两转台由传动带B(18)连接并由电机驱动使经过偏振分光棱镜(13)后的反射和透射光形成共焦点对称双扫描光路，使从50％分光棱镜B(19)出射的两束不同频率的正交圆偏振光沿整个测量装置的中心平面对称，在水平面内分开一定角度，形成两束横向不平顺测量光束；两光束分别被设置在轨道两侧的基准标杆上的球形棱镜自准直回去，最后被探测器B(10)接收作为横向不平顺测量信号，其中基准标杆上的球形棱镜作为轨道测量的基准点。

上述垂向不平顺测量光路在原理上与横向不平顺测量光路相同，只是出射的两束不同频率的正交圆偏振光在铅垂方向上分开一定角度，形成两束垂向不平顺测量光束，被设置在基准标杆上的两个垂向分开的球形棱镜自准直回去，最后被探测器C(33)接收作为垂向不平顺测量信号。

上述垂向不平顺测量光路与横向不平顺测量光路在光学元件上的差异在于：没有横向不平顺测量光路中用于折转光路的平面反射镜平面反射镜A1(8)和平面反射镜A2(9)；这两个平面反射镜对横向不平顺测量光路的折转，保证了出射的两束横向不平顺测量光束的对称平面与整个测量装置的中心平面重合。

上述的垂向不平顺测量光路与横向不平顺测量光路在设计时相同光学元件的尺寸以及元件之间的相对距离应该相同，此外应保证从50％分光棱镜A(7)到偏振分光棱镜B(13)和偏振分光棱镜C(30)的光程相等。

上述的参考光路包括检偏器A(5)和探测器A(6)，探测器A(6)接收的来自双频激光光源部分的光拍信号作为整个二维锁相测量装置的参考信号。