[发明专利]一种基于激光偏振测量的转体微小角位移高灵敏监测系统

摘要

本发明属于激光偏振测量技术领域，公开了一种基于激光偏振测量的转体微小角位移高灵敏监测系统。该系统包含探测光路和参考光路。探测光路由激光器、线偏振片、λ/2波片、偏振分光镜和平衡探测器组成，参考光路由激光器、线偏振片、偏振分光镜和平衡探测器组成。两光路的差别在于参考光路不含λ/2波片，以消除环境因素带来的误差。λ/2波片固联在待测转体上，转体转动时引起λ/2波片转动，从而改变探测激光的线偏振方向。探测激光经过λ/2波片和偏振分光镜分束后，由平衡探测器检测探测激光的两束光的光强，通过平衡探测器探测到的光强变化信息来监测待测物体的角位移。本系统设计结构简单，易于应用，灵敏度高而且响应十分迅速。

主权项

1.一种基于激光偏振测量的转体微小角位移高灵敏监测系统，其特征在于：所述系统包括：激光器a(1)、激光器b(2)、线偏振片(3)、1/2‑波片(4)、固联硬杆(5)、待测转体(6)、反射镜(7)、偏振分光镜a(8)、偏振分光镜b(9)、平衡探测器1的光敏面a(10)、平衡探测器1的光敏面b(11)、平衡探测器2的光敏面a(12)、平衡探测器2的光敏面b(13)、信号采集及处理系统(14)、数码表(15)；所述基于激光偏振测量的转体微小角位移高灵敏监测系统的光路由两路光组成，一路探测激光、即探测光路，一路参考激光、即参考光路；所述1/2波片(4)通过固联硬杆(5)固联在待测转体(6)上，待测转体(6)转动的角位移转换为1/2波片(4)的光轴方向的角度改变量；所述平衡探测器1的光敏面a(10)、平衡探测器1的光敏面b(11)、平衡探测器2的光敏面a(12)、平衡探测器2的光敏面b(13)用于测量输入光功率；所述探测激光由激光器a(1)发出，然后经过线偏振片(3)后变为偏振方向固定的线偏振光；然后探测激光经过1/2波片(4)，并且1/2波片(4)的转动引起探测激光线偏振方向的偏转；探测激光再经过反射镜(7)反射后，进入偏振分光镜a(8)，被偏振分光镜a(8)分为两束偏振方向互相垂直的两束光，光强分别为I₁和I₂；然后，用平衡探测器1的光敏面a(10)、平衡探测器1的光敏面b(11)探测这两束光的光强I₁和I₂，平衡探测器1的光敏面a(10)、平衡探测器1的光敏面b(11)将探测到的光信号转换为电压信号，信号采集及处理系统(14)将采集到的电压信号进行计算处理就可以得到转体角位移；所述参考激光由激光器b(2)发出，参考光路与探测光路区别在于参考光路不经过与待测转体(6)固联的1/2波片(4)；参考光路用于与探测光路的角位移测量结果进行做差，进而消除共模误差，达到消除环境变化、波片参数改变等噪声因素引起的测量误差；所述信号采集及处理系统(14)对光路信号的处理过程为：如果待测转体(6)发生角位移α，将带动1/2波片(4)转动一个微小角α，则探测激光的偏振方向E发生微小旋转角θ₁＝2α，进而变为E’，导致偏振分光镜a(8)分出的两束光的光强比值发生改变，两束光的光强I₁’和I₂’分别由平衡探测器1的光敏面a(10)、平衡探测器1的光敏面b(11)探测得到，其中θ₁与探测光强信息I₁’和I₂’的函数关系为：即通过探测I₁’和I₂’,可以测出激光线偏振方向的微小旋转角θ₁；环境变化导致参考光路激光的偏振方向E发生微小旋转角θ₂，经过偏振分光镜b(9)分出的两束光的光强比值发生改变，两束光的光强I₃’和I₄’分别由平衡探测器2的光敏面a(12)、平衡探测器2的光敏面b(13)探测得到，其中θ₂与探测光强信息I₃’和I₄’的函数关系为：由探测光路测出偏振旋转角θ₁，由参考光路测出偏振旋转角θ₂，则实际待测转体角位移α为：最后，由信号采集处理系统(14)将得到的转体角位移α测量结果显示在数码表(15)上，进而完成测量过程。