[发明专利]转动角位移和角速度测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种转动角位移和角速度测量系统及方法，包括：激光器，输出线偏振激光；准直透镜，对所述线偏振激光进行准直；分光移频装置，包括第二分光镜、第一移频器、第二移频器和第三移频器，设置于从所述准直透镜出射的所述线偏振激光的光路上，将所述线偏振激光进行分光并实现差动移频，向待测目标发射第一测量光和第二测量光，被所述待测目标散射返回的第一测量回馈光和第二测量回馈光进入所述激光器，从而对所述激光器输出的所述线偏振激光的光强进行调制；光电探测装置，将光强信号转换为电信号；信号处理装置，计算转动角位移和角速度信息。本发明提供的转动角位移和角速度测量系统及方法具有非接触、高分辨率、高精度、全周角、动态测量的特点。

技术领域

本申请涉及激光测量技术领域，特别是涉及一种转动角位移和角速度测量系统及方法。

背景技术

转动角位移和角速度测量技术广泛应用于航空航天、激光精密计量、电子产品制造等多个领域，在现代工业中具有重要的作用。传统的转动角位移测量主要有基于容栅式角度测量技术的电学角位移传感器测量和基于光学原理的角位移测量两类，角速度是角位移的微分结果。

基于容栅式角度测量技术的电学角位移传感器测量为接触式测量，在使用过程中会引入安装误差，严重限制了电学角位移传感器的应用范围。基于光学原理的角位移测量方法较多，如光栅干涉仪测角法、双波长干涉测角法、激光双折射效应测角法等。光栅干涉仪测角法为接触式测量，且光栅本身易受外界环境干扰，稳定性较差。双波长干涉测角法和激光双折射效应测角法通过测量转动过程中光束的相位变化获得角位移信息，很难实现全周角测量。

发明内容

针对上述背景技术中提到的问题，本发明提供了一种非接触、高分辨率、高精度、全周角、动态测量的转动角位移和角速度测量系统及方法。

一种转动角位移和角速度测量系统，其特征在于，包括：激光器，能够输出线偏振激光；准直透镜，设置于从所述激光器出射的所述线偏振激光的光路上，能够对所述线偏振激光进行准直；分光移频装置，包括第二分光镜、第一反光镜、第一移频器、第二移频器和第三移频器，设置于从所述准直透镜出射的所述线偏振激光的光路上，能够将所述线偏振激光进行分光并实现差动移频，从而向待测目标发射第一测量光和第二测量光，还能够接收被所述待测目标散射返回的所述第一测量光和所述第二测量光，形成第一测量回馈光和第二测量回馈光，返回的所述第一测量回馈光和所述第二测量回馈光进入所述激光器，从而对所述激光器输出的所述线偏振激光的光强进行调制；光电探测装置，用于探测所述线偏振激光的光强信号，并将所述光强信号转换为电信号；信号处理装置，所述信号处理装置与所述光电探测装置电连接，将所述电信号进行同步相位解调并输出至计算机，计算并实时显示转动角位移和角速度信息。

在一个实施例中，所述第二分光镜设置于从所述准直透镜出射的所述线偏振激光的光路上，用于对所述线偏振激光进行反射和透射，形成反射光和透射光。

在一个实施例中，所述第一反射镜设置于从所述第二分光镜出射的所述反射光的光路上。

在一个实施例中，所述第二移频器设置于从所述第二分光镜出射的所述透射光的光路上，且位于所述第二分光镜与所述待测目标之间；所述第三移频器设置于从所述第一反射镜出射的所述反射光的光路上，且位于所述第一反射镜与所述待测目标之间。

在一个实施例中，所述第一移频器设置于从所述准直透镜出射的所述线偏振激光的光路上，且位于所述准直透镜与所述第二分光镜之间。

在一个实施例中，所述分光移频装置还包括第四移频器，所述第四移频器设置于从所述第一反射镜出射的所述反射光的光路上，且位于所述第一反射镜与所述第三移频器之间；所述第一移频器设置于从所述第二分光镜出射的所述透射光的光路上，且位于所述第二分光镜与所述第二移频器之间。

在一个实施例中，所述转动角位移和角速度测量系统还包括：第一分光镜，设置于从所述激光器出射的所述线偏振激光的光路上，且位于所述激光器与所述准直透镜之间，用于对所述激光器出射的线偏振激光进行反射和透射。