光学内反射角度传感器信号检测部分设计.pdfVIP

V01．3 第30卷，第2期 光谱实验室 0，No．2 201 ChineseJournal 3年3月 of March，201 3 SpectroscopyLaboratory 光学内反射角度传感器信号检测部分设计 李婷婷① (天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津市南开区卫津路92号300072) 摘曼随着科技的飞速发展，小角度测量技术的准确度及精度得到了很大的提升。常用的测角装置 如激光干涉仪、光电自准直仪等体积庞大、造价昂贵且较难组成多维的测角系统，因此很少用于高精度的 P．S．提出的内反射测角法经后人不断的完善发展，具有精度高、成本低、易于组 在线测量．而教授Huang 成二维测角装置的特点。本文基于光学内反射测角原理，进行二维内反射测角装置相关设计并对转换测角 程序进行验证。 关键词二维测角；光学内反射}小角度；差动法 中圈分类号：TH741 文献标识码：B 文章编号：1004·8138(2013)02-0576-03 1 引言 光学测角方法自发明以来，被广泛的应用到机械测量中，其测量准确度高这一优点在机械加工 与科学研究中也得到了很好的发扬。目前存在的光学测角法大部分已成功应用到测量微小角度的 设备装置中，并且测量精度也很高，但是目前存在的测角仪器在体积、量程、精确度、成本等方面无 法满足本设计便携式高精度在线测角的要求[1]，因此本论文提出了一种基于光学内反射的小角度 检测装置，并分析影响其测角分辨率的主要因素、验证角度测量部分的准确度。 2 测角原理及影响精度的因素分析 光学内反射测角是利用激光人射到介质表面时，光束发生全反射时的特殊的光学特性进行角 度测量的。假设光线入射角为巩，反射角为岛，当入射角由o。逐渐增大到临界角的过程中，出射光线 中S偏光、P偏光的反射率也随着人射角的变化而变化[2]，S偏光及P偏光反射率随入射角改变的 情况如图1所示。 褂0 矮 操 紫 呕 操 丑 0 入{Ii兔r 角度变化量 图1 S偏光、|P偏光反射率随入射角改变曲线 图2正规化后的反射率曲线 ①联系人，手机：(0E-mail；litin90203@tju．edu．cn 作者简介：李婷婷(1988--)．女，山东省泰安市人．在读硕士．主要从事内反射角度传感器的研究设计． 收稿日期：2013一01—21I接受日期t2013-01—29 万方数据 第2期 李婷婷：光学内反射角度传感器信号检测部分设计 本文以P偏光作为测量光，采用差动检测的方法来改善测量曲线的非线性01。对相对于初始 入射中心角吼改变凹时的反射率进行正规化H]，得到：R协=凳篆赛{描 由上图得初始人射中心角左右0．2。的范围内，出射光强随着入射角的改变变化而呈非线性的 变化，而正规化后的反射率则呈线性的变化，因此可以利用该正规化后的输出进行微小角度的测 量嗍。当取不同初始入射中心角时，P偏光的反射率也不同。在初始入射中心角选择为41．6。时，可 测角度的范围相对较大在一o．2。到0．2。之间，并且在此线性范围内，反射率的变化范围在一0．42 到0．42之间，由此可以得到较高的精度，如图3甲所示。