CN102155927A - 一种基于激光自准直的二维微角度测量装置 - Google Patents
一种基于激光自准直的二维微角度测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102155927A CN102155927A CN 201110069375 CN201110069375A CN102155927A CN 102155927 A CN102155927 A CN 102155927A CN 201110069375 CN201110069375 CN 201110069375 CN 201110069375 A CN201110069375 A CN 201110069375A CN 102155927 A CN102155927 A CN 102155927A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- collimation
- semiconductor laser
- laser
- lens
- beam splitter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于激光自准直的二维微角度测量装置。它包括半导体激光器、偏振分光棱镜、1/4波片、透镜、被测物体或反光镜、四象限光电探测器、底座、信号处理器；在底座上固定有半导体激光器、偏振分光棱镜、1/4波片、透镜、四象限光电探测器，半导体激光器发出的光束经偏振分光棱镜后分为两束，其中一束光入射在被测物体表面，反射光经偏振分光棱镜后由四象限光电探测器接收并转化为四路电信号，该信号经信号处理器的I-V转换器、数字滤波器、数据采集器、数据存储器后，在计算机中完成信号分析并显示。本发明实现二维微角度的同时测量，结构简单、体积小、精度高、分辨力和测量范围可调、动态响应好。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于激光自准直的二维微角度测量装置，属于光学非接触的微角度测量技术领域。
背景技术
角度测量是几何量计量技术的重要组成部分，微角度测量在精密加工、微机电系统、在线检测、军事、航空航海以及通讯等许多领域都具有极其重要的作用。光学测角法由于具有非接触、高准确度和高灵敏度的特点而备受人们重视，尤其是稳定的激光光源的发展使工业现场测量成为可能，因此光学测角法的应用越来越广。
目前常用的光学微角度测量方法主要有：光学自准直法、光学内反射法、激光干涉法、环形激光法等。这些测量方法中尤其以激光干涉测角技术为主,该方法的最大优点是测量精度高,微小角度测量已经达到了极高的准确度。目前应用比较广泛的微角度测量仪器如激光干涉仪或自准直仪,虽然能提供较高的测量精度,但基于此设计的测量系统结构比较复杂、体积较大,大部分只能进行一维测量，要实现二维角度的测量，就需要两套测量系统结合，其结果是系统更加庞大，因而在工业实际应用中具有较大的局限性,特别是很难与精密平台结合用于在线测量。因此，开发体积小、测量精度和分辨率高、稳定性好的非接触式二维微角度测量装置以适应在线实时测量的要求十分必要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于激光自准直的二维微角度测量装置。
基于激光自准直的二维微角度测量装置包括半导体激光器、偏振分光棱镜、1/4波片、透镜、被测物体或反光镜、四象限光电探测器、底座、信号处理器；在底座上固定有半导体激光器、偏振分光棱镜、1/4波片、透镜、四象限光电探测器，半导体激光器发出的光束经偏振分光棱镜后分为两束，其中一束光入射在被测物体表面，反射光经偏振分光棱镜后由四象限光电探测器接收并转化为四路电信号，该信号经信号处理器的I-V转换器、数字滤波器、数据采集器、数据存储器后，在计算机中完成信号分析并显示。
所述的透镜是短焦距透镜。所述的四象限光电探测器采用微离焦法放置。
本发明的优点在于利用四象限光电二极管的二维微位移探测能力实现二维微角度的同时测量，系统采用一个激光源和短焦距物镜，结构简单、体积小、精度高、分辨力和测量范围可调、动态响应好，装置体积为25×20×13 mm，测量范围为±1200 arcsec，分辨率为0.1 arcsec。
附图说明
图1为基于激光自准直的二维微角度测量装置结构示意图；
图2为本发明所用四象限光电探测器表面示意图；
图3为本发明的信号处理器电路框图；
图4为采用本发明进行微角度测量示意图；
图中，半导体激光器1、偏振分光棱镜2、1/4波片3、透镜4、被测物体或反光镜5、底座6、四象限光电探测器7、信号处理器8。
具体实施方式
如图1所示，基于激光自准直的二维微角度测量装置包括半导体激光器1、偏振分光棱镜2、1/4波片3、透镜4、被测物体或反光镜5、底座6、四象限光电探测器7、信号处理器8；在底座6上固定有半导体激光器1、偏振分光棱镜2、1/4波片3、透镜4、四象限光电探测器7；半导体激光器1发出的光束经过偏振分光棱镜2后分为两束，其中P偏振光透过偏振分光棱镜2，经1/4波片3后变为圆偏振光，入射到被测物体5表面，被反射后二次通过1/4波片3转变成S偏振光，此时不能通过偏振分光棱镜2，而是被偏振分光棱镜2反射后，由微离焦放置的四象限光电探测器7接收，四象限光电探测器7将光信号转化为电信号后输入信号处理器8，其中偏振分光棱镜2和1/4波片3结合作为光隔离器，防止反射光返回到半导体激光器1，从而得到稳定的输出。此装置中透镜4是短焦距透镜，角度测量装置的灵敏度可以用装置的输出对入射角的比值表示，根据本发明装置特点经分析计算后其灵敏度为入射光束直径对入射光波长的比值，与所选透镜焦距无关，因此选用短焦距透镜实现装置小型化。
如图2所示，四象限光电探测器7分为A、B、C、D四个象限，由四个相同的光电二极管组成，它的输出（X out , Y out ）可以表示为： 
，，
其中I A ，I B ，I C ，I D 分别为A、B、C、D四个象限产生的电流输出，正比于照射在各个象限中光斑的面积。角度测量中当被测物体5绕X轴转动时，入射在四象限光电探测器7上的光斑会沿Y轴方向移动，当被测物体5绕Y轴转动时，入射在四象限光电探测器7上的光斑会沿X轴方向移动，当被测物体5存在一个二维的角度变化时，四象限光电探测器7表面的光斑将产生相应的X、Y两个方向的微位移，这样二维角度变化可以被同时探测，从而实现了二维微角度的测量。因四象限光电探测器7各个象限区域间存在微小缝隙，为了使入射光斑的大小大于探测器象限的缝隙大小，同时提高角度测量装置的分辨率和测量范围，通过仿真实验后将四象限光电探测器7采用微离焦放置。
如图3所示，基于激光自准直的二维微角度测量装置的信号处理器包括I-V转换器、数字滤波器、数据采集器、数据存储器。由四象限光电探测器7输出的微安级电流进入集成了高性能运放的I-V转换器，实现微电流到电压的转换放大；进而通过数字滤波器，隔离干扰信号，提高目标信号稳定性；经过滤波的信号分别由数据采集器和数据存储器完成信号的采集及存储，并输入计算机显示。
下面举一个例子进行说明。
如图4所示，按照二维微角度测量装置结构图放置好各元器件，打开半导体激光器1，使出射激光垂直照射在被测物体表面，设定此时角度测量装置初始输出信号为零，令被测物体5绕Y轴顺时针转过一个微小角度θ，经被测物体5反射的光束角度发生相应变化，被偏振分光棱镜反射后，照射在四象限光电探测器7上的光斑位置不再位于原点，而是沿X轴正方向移动，此时A、D象限光斑面积变大，电流输出增大；B、C象限光斑面积减小，电流输出减小，A、B、C、D四路微电流信号经I-V转换器后由微电流信号转变为可探测的电压信号，四路信号由数字滤波器消除电路中的噪声干扰，然后通过数据采集器完成A/D转换后采集到计算机中，在计算机完成信号分析后，即可显示被测物体的角度变化值θ。
Claims (3)
1.一种基于激光自准直的二维微角度测量装置，其特征在于包括半导体激光器1、偏振分光棱镜2、1/4波片3、透镜4、被测物体或反光镜5、底座6、四象限光电探测器7、信号处理器8；在底座（6）上固定有半导体激光器（1）、偏振分光棱镜（2）、1/4波片(3)、透镜(4)、四象限光电探测器(7)，半导体激光器(1)发出的光束经偏振分光棱镜(2)后分为两束，其中一束光入射在被测物体(5)表面，反射光经偏振分光棱镜(2)后由四象限光电探测器(7)接收并转化为四路电信号，该信号经信号处理器(8)的I-V转换器、数字滤波器、数据采集器、数据存储器后，在计算机中完成信号分析并显示。
2.根据权利1所述的一种基于激光自准直的二维微角度测量装置，其特征在于所述的透镜4是短焦距透镜。
3.根据权利1所述的一种基于激光自准直的二维微角度测量装置，其特征在于所述的四象限光电探测器7采用微离焦法放置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110069375 CN102155927A (zh) | 2011-03-22 | 2011-03-22 | 一种基于激光自准直的二维微角度测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110069375 CN102155927A (zh) | 2011-03-22 | 2011-03-22 | 一种基于激光自准直的二维微角度测量装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102155927A true CN102155927A (zh) | 2011-08-17 |
Family
ID=44437510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110069375 Pending CN102155927A (zh) | 2011-03-22 | 2011-03-22 | 一种基于激光自准直的二维微角度测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102155927A (zh) |
Cited By (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102364300A (zh) * | 2011-10-25 | 2012-02-29 | 北京航天计量测试技术研究所 | 小角度角度块 |
| CN102620654A (zh) * | 2012-03-30 | 2012-08-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光栅尺尺壳角度扭曲的自动检测方法及校扭装置 |
| CN103940372A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-07-23 | 七海测量技术（深圳）有限公司 | 检测镜头垂直安装调试方法 |
| CN104197865A (zh) * | 2014-09-25 | 2014-12-10 | 成都玄武光电有限公司 | 一种具备激光束导向功能的激光自准直仪及其实现方法 |
| CN104197848A (zh) * | 2014-09-18 | 2014-12-10 | 海宁科海光电科技有限公司 | 一种双频差动厚度测量方法和设备 |
| CN104316000B (zh) * | 2014-11-19 | 2016-12-21 | 四川云盾光电科技有限公司 | 一种偏振隔离双轴数字式光电自准直仪 |
| CN106482670A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-03-08 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种三维角度测量系统 |
| CN106767546A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-05-31 | 合肥工业大学 | 具有较高结构热稳定性的二维角度传感器 |
| CN108226902A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-06-29 | 北京瑞特森传感科技有限公司 | 一种面阵激光雷达测量系统 |
| CN108278980A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-07-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于压电偏摆台的扭转角动态测量装置及方法 |
| CN109458934A (zh) * | 2018-07-04 | 2019-03-12 | 重庆大学 | 一种光学微位移测量系统 |
| CN110132177A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-16 | 无锡奥普特自动化技术有限公司 | 激光准直仪 |
| CN110940989A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-03-31 | 深圳市镭神智能系统有限公司 | 一种振镜和激光雷达 |
| CN111121665A (zh) * | 2018-10-31 | 2020-05-08 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种基于相移差动的光学瞄准与定向装置及方法 |
| CN111473698A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-07-31 | 珠海黑曼巴防务科技有限公司 | 一种用于激光半主动导引头光学系统的测角装置 |
| CN111602052A (zh) * | 2018-04-28 | 2020-08-28 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 一种血液检测方法及血液分析系统 |
| CN111684262A (zh) * | 2018-04-28 | 2020-09-18 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 光学检测系统、血细胞分析仪及血小板检测方法 |
| CN111880321A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-11-03 | 福建师范大学 | 一种自适应平行度调整系统 |
| CN113310434A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-27 | 中国科学院上海天文台 | 一种二维线性运动平台垂直度的测量方法 |
| CN113465551A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-10-01 | 天津大学 | 一种基于ccd相机的二维空间激光测角方法 |
| CN113959372A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-21 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种高灵敏自准直二维光电测角装置 |
| CN114088188A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-25 | 中国计量科学研究院 | 一种振动测量系统 |
| CN114636684A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-06-17 | 深圳市帝迈生物技术有限公司 | 流式荧光分析设备 |
| CN114952427A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-08-30 | 大连海事大学 | 一种铣床超长回转臂姿态自适应高精度测量装置 |
| CN115218788A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-21 | 天津大学 | 工作在波长大于1.1微米的硅四象限探测器及定位系统 |
| CN115290177A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-11-04 | 东北大学 | 一种基于光杠杆原理的微悬臂梁振动测试系统及方法 |
| CN116256107A (zh) * | 2023-05-16 | 2023-06-13 | 中北大学 | 一种基于四象限光电探测器的动静平衡检测装置及方法 |
-
2011
- 2011-03-22 CN CN 201110069375 patent/CN102155927A/zh active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 《机电工程》 20101231 廉孟冬等 二维光学自准直微角度传感器 , 第12期 2 * |
Cited By (40)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102364300A (zh) * | 2011-10-25 | 2012-02-29 | 北京航天计量测试技术研究所 | 小角度角度块 |
| CN102364300B (zh) * | 2011-10-25 | 2013-05-22 | 北京航天计量测试技术研究所 | 小角度角度块 |
| CN102620654A (zh) * | 2012-03-30 | 2012-08-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光栅尺尺壳角度扭曲的自动检测方法及校扭装置 |
| CN103940372A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-07-23 | 七海测量技术（深圳）有限公司 | 检测镜头垂直安装调试方法 |
| CN104197848A (zh) * | 2014-09-18 | 2014-12-10 | 海宁科海光电科技有限公司 | 一种双频差动厚度测量方法和设备 |
| CN104197848B (zh) * | 2014-09-18 | 2017-02-15 | 海宁科海光电科技有限公司 | 一种双频差动厚度测量方法和设备 |
| CN104197865A (zh) * | 2014-09-25 | 2014-12-10 | 成都玄武光电有限公司 | 一种具备激光束导向功能的激光自准直仪及其实现方法 |
| CN104197865B (zh) * | 2014-09-25 | 2017-02-15 | 成都玄武光电有限公司 | 一种具备激光束导向功能的激光自准直仪的实现方法 |
| CN104316000B (zh) * | 2014-11-19 | 2016-12-21 | 四川云盾光电科技有限公司 | 一种偏振隔离双轴数字式光电自准直仪 |
| CN106482670A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-03-08 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种三维角度测量系统 |
| CN106767546A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-05-31 | 合肥工业大学 | 具有较高结构热稳定性的二维角度传感器 |
| CN108278980A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-07-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于压电偏摆台的扭转角动态测量装置及方法 |
| CN108226902A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-06-29 | 北京瑞特森传感科技有限公司 | 一种面阵激光雷达测量系统 |
| CN108226902B (zh) * | 2018-02-28 | 2024-12-27 | 北京瑞特森传感科技有限公司 | 一种面阵激光雷达测量系统 |
| US12474271B2 (en) | 2018-04-28 | 2025-11-18 | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd. | Optical detection system, blood cell analyzer, and platelet detection method |
| CN111602052A (zh) * | 2018-04-28 | 2020-08-28 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 一种血液检测方法及血液分析系统 |
| CN111684262A (zh) * | 2018-04-28 | 2020-09-18 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 光学检测系统、血细胞分析仪及血小板检测方法 |
| US12092633B2 (en) | 2018-04-28 | 2024-09-17 | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd. | Blood detection method and blood analysis system |
| CN111684262B (zh) * | 2018-04-28 | 2024-05-14 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 光学检测系统、血细胞分析仪及血小板检测方法 |
| US11815459B2 (en) | 2018-04-28 | 2023-11-14 | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd. | Optical detection system, blood cell analyzer, and platelet detection method |
| CN109458934B (zh) * | 2018-07-04 | 2023-11-07 | 重庆大学 | 一种光学微位移测量系统 |
| CN109458934A (zh) * | 2018-07-04 | 2019-03-12 | 重庆大学 | 一种光学微位移测量系统 |
| CN111121665A (zh) * | 2018-10-31 | 2020-05-08 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种基于相移差动的光学瞄准与定向装置及方法 |
| CN110132177A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-16 | 无锡奥普特自动化技术有限公司 | 激光准直仪 |
| CN110940989A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-03-31 | 深圳市镭神智能系统有限公司 | 一种振镜和激光雷达 |
| CN111473698A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-07-31 | 珠海黑曼巴防务科技有限公司 | 一种用于激光半主动导引头光学系统的测角装置 |
| CN111473698B (zh) * | 2020-05-25 | 2024-12-20 | 珠海黑曼巴防务科技有限公司 | 一种用于激光半主动导引头光学系统的测角装置 |
| CN111880321A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-11-03 | 福建师范大学 | 一种自适应平行度调整系统 |
| CN113310434B (zh) * | 2021-05-27 | 2022-08-02 | 中国科学院上海天文台 | 一种二维线性运动平台垂直度的测量方法 |
| CN113310434A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-27 | 中国科学院上海天文台 | 一种二维线性运动平台垂直度的测量方法 |
| CN113465551A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-10-01 | 天津大学 | 一种基于ccd相机的二维空间激光测角方法 |
| CN113959372A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-21 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种高灵敏自准直二维光电测角装置 |
| CN114088188A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-25 | 中国计量科学研究院 | 一种振动测量系统 |
| CN114952427A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-08-30 | 大连海事大学 | 一种铣床超长回转臂姿态自适应高精度测量装置 |
| CN114952427B (zh) * | 2022-04-15 | 2024-01-09 | 大连海事大学 | 一种铣床超长回转臂姿态自适应高精度测量装置 |
| CN114636684A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-06-17 | 深圳市帝迈生物技术有限公司 | 流式荧光分析设备 |
| CN115218788A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-10-21 | 天津大学 | 工作在波长大于1.1微米的硅四象限探测器及定位系统 |
| CN115290177A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-11-04 | 东北大学 | 一种基于光杠杆原理的微悬臂梁振动测试系统及方法 |
| CN116256107A (zh) * | 2023-05-16 | 2023-06-13 | 中北大学 | 一种基于四象限光电探测器的动静平衡检测装置及方法 |
| CN116256107B (zh) * | 2023-05-16 | 2023-07-21 | 中北大学 | 一种基于四象限光电探测器的动静平衡检测装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102155927A (zh) | 一种基于激光自准直的二维微角度测量装置 | |
| CN104613900B (zh) | 一种全光路光漂补偿的高精度滚转角测量方法与装置 | |
| CN102226690B (zh) | 高精度小角度测量的方法和装置 | |
| CN101691998B (zh) | 二维激光自准直仪 | |
| CN103604375B (zh) | 抗光学混叠的双频激光光栅干涉二维测量方法及系统 | |
| CN107643055B (zh) | 基于偏振光束的自参考准直光路系统及计算被测角度方法 | |
| CN105737765A (zh) | 基于半导体激光器组件的四自由度光学测头 | |
| CN103673891B (zh) | 一种光栅外差干涉自准直测量装置 | |
| CN109975820A (zh) | 基于Linnik型干涉显微镜的同步偏振相移检焦系统 | |
| CN201589659U (zh) | 同时偏振成像探测系统的光学结构 | |
| CN103542813B (zh) | 一种基于边界微分和环境光自校准的激光测径仪 | |
| CN101846506B (zh) | 基于共路平行光线的滚转角测量方法 | |
| CN111412832A (zh) | 基于干涉仪模块的半导体激光六自由度误差测量系统 | |
| US10989524B2 (en) | Asymmetric optical interference measurement method and apparatus | |
| CN108801147A (zh) | 一种测量物体运动速度的光学装置及测量方法 | |
| CN111272074B (zh) | 基于激光追踪测量系统的位置敏感探测器模型建立方法 | |
| CN102175184B (zh) | 偏振光栅自参考自准直二维测角装置 | |
| CN101609250A (zh) | 相机摆镜摆角扫描特性测试装置 | |
| CN104061998A (zh) | 漫反射式零差正交激光测振仪 | |
| CN105066910A (zh) | 电光晶体z轴偏离角测量装置及测量方法 | |
| CN1118680C (zh) | 激光自准直平行光管 | |
| Huang et al. | An optical glass plane angle measuring system with photoelectric autocollimator | |
| CN102269582B (zh) | 一种空间三维角度测量装置 | |
| CN108801465B (zh) | 一种激光偏振态测量装置及其测量方法 | |
| CN104330053B (zh) | 微角度测量方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110817 |