[发明专利]基于压电偏摆台的扭转角动态测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于压电偏摆台的扭转角动态测量装置及方法，装置包括基准发射光管和测量光管两个部件；以光纤耦合激光器A(1)作为点光源，经过扭转敏感组件A(2)上的偏振片(13)，形成线偏振光，经准直物镜(3)后成为平行光，照射到测量光管；测量光管经接收物镜(4)接收线偏振平行光，通过压电偏摆台(5)使扭转敏感组件B(6)的偏振片产生角运动，当扭转敏感组件B(6)的偏振片与线偏振平行光偏振方向一致时，检偏PSD探测器(11)电流输出最大，扭转敏感组件B(6)的偏振片的偏摆角即为扭转角。本发明是一种将精简的光机结构和高灵敏度电子学系统结合，完成扭转角度快速、高精度测量的装置与方法。

技术领域

本发明涉及一种基于压电偏摆台的扭转角动态测量装置及方法，应用于大型结构变形角度测量，属于光电测量领域。

背景技术

在大型长基线结构精密加工、装调、动态监测领域，变形测量装置用于完成两个测量点之间的方位、俯仰、扭转三个方向相对变形角度测量。在三种变形角度中，方位、俯仰角度可以通过准直测量的方式得到，而扭转角度获取则较为困难。

目前普遍应用的扭转角的高精度测量主要包括建立相对基准进行测量和基于图像处理的测量。其中，相对基准测量主要是在测量之间建立与距离相当的刚性基准，设备体积庞大，成本高昂；而基于图像处理的测量手段依赖于相机及图像处理算法，如莫尔条纹测量、特征图形匹配等，其精度和动态性能受制于硬件平台处理性能和算法复杂度。因此，需要一种结构相对简单、便于安装调试、高灵敏度的测量方案，以保证高精度的扭转变形角度动态测量。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种使用精简的光机结构和高灵敏度电子学系统结合，完成扭转角度的快速，高精度测量的扭转变形量测量装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：提供一种基于压电偏摆台的扭转角动态测量装置，包括基准发射光管和测量光管两个部件；

所述基准发射光管包括壳体、光纤耦合激光器A、扭转敏感组件A、准直物镜，以光纤耦合激光器A作为点光源，发出的激光经过扭转敏感组件A上的偏振片A，形成一束线偏振光，经准直物镜后成为线偏振平行光，照射到测量光管；

所述测量光管包括壳体、接收物镜，压电偏摆台、扭转敏感组件B、检偏PSD探测器，所述测量光管经所述接收物镜接收线偏振平行光，通过所述压电偏摆台使所述扭转敏感组件B的偏振片B产生角运动，使得所述扭转敏感组件B的偏振片B与线偏振平行光偏振方向一致时，所述检偏PSD探测器电流输出最大，此时，所述扭转敏感组件B的偏振片B的偏摆角即为扭转角；

还包括自准直测量组件，所述自准直测量组件包括：分光棱镜、测角准直镜、测角PSD探测器、光纤耦合激光器B组成了单独的自准直测量组件，所述自准直测量组件用于测量扭转敏感组件B中的自准直反射镜的偏转角度，所述光纤耦合激光器B发出的点光源经分光棱镜折转再经过测角准直镜后成为一束平行光，照射到自准直反射镜上，再经测角准直镜回到测角PSD探测器上，所述自准直反射镜表征了偏振片B的偏摆方向。

所述扭转敏感组件A包括偏振片A、调平反射镜和镜座；所述偏振片A用于将非偏振的激光器出光变为线偏振光，偏振片A位于所述光纤耦合激光器A与所述准直物镜之间，其具体位置可根据设备加工、调试需要和激光器选择不同而调整，调平反射镜用于安装时，辅助坐标取齐操作。所述基准发射光管与测量光管使用同样的扭转敏感组件设计，为了便于使用，将且所述基准发射光管的调平反射镜安装于镜座如图2中所示位置的对侧表面，不设置上方自准直反射镜；

所述测量光管的扭转敏感组件B包括偏振片B、调平反射镜、自准直反射镜和镜座，偏振片B位于所述接收物镜和所述检偏PSD探测器之间。

所述测量光管的测角PSD探测器和检偏PSD探测器为二维PSD探测器，当所述测角PSD探测器安装于所述接收物镜焦平面时，除可对光强度进行敏感，还可同时测量方位、俯仰角变形角度，当其仅用来测量扭转角时，可使用光电接收管器件代替；