4.2 激光干涉任意角測量方法
上面介紹的干涉法小角度測量系統(tǒng)，測量范圍大約在幾度以內(nèi)，而大范圍的角度測量要求越來越多，為了解決整周角度的測量問題，對上述方法進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，提出了幾種新的激光干涉任意角度測量方法。
4.2.1 用雙平面反射鏡實現(xiàn)任意角度測量
該系統(tǒng)的構(gòu)造如圖7所示。系統(tǒng)的核心部分由旋轉(zhuǎn)鏡RM、旋轉(zhuǎn)鏡懸架SU以及防傾斜裝置TP構(gòu)成。防傾斜裝置TP能夠保證在一周的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，由旋轉(zhuǎn)鏡RM的兩鏡面構(gòu)成的直角的角平分線始終與入射的激光束平行。當(dāng)旋轉(zhuǎn)鏡懸架SU轉(zhuǎn)動θ角時，旋轉(zhuǎn)鏡RM在光線入射方向移動相應(yīng)的距離，光電元件接收的干涉條紋數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化[25]。該方法存在的主要問題時平面鏡的表面形貌和兩平面鏡的直角誤差都會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，另外機(jī)械導(dǎo)桿的運動平穩(wěn)度也會使結(jié)果產(chǎn)生偏差，需要用算法進(jìn)行修正。
4.2.2.定值角型任意角干涉測量技術(shù)
兩塊平面鏡以一定的夾角排列而構(gòu)成的光學(xué)組件即為定值角，用標(biāo)準(zhǔn)定值角取代邁克爾遜干涉儀中的測量干涉經(jīng)就構(gòu)成定值角干涉儀。天津大學(xué)根據(jù)該原理設(shè)計的一個雙定值角型測角系統(tǒng)光路如圖8所示。由激光器1初涉的光束經(jīng)擴(kuò)大鏡組2、針 孔濾波器3、準(zhǔn)直透鏡5、限束光闌6、平面反射鏡7、分光鏡8后分成兩束，分別進(jìn)入由長平面鏡9和被檢多面棱鏡12構(gòu)成的雙定值角，經(jīng)反射后在分光鏡8上產(chǎn)生干涉，干涉信號由CCD元件4接收。這一路光稱為多面棱體檢定光路，與其對稱的右半部分稱為雙定值角測量－跟蹤干涉儀，工作原理與其完全相同。該系統(tǒng)能在0～360度范圍內(nèi)實現(xiàn)任意角度的高準(zhǔn)確度測量，測量不確定度優(yōu)于0.3''[27]。該方法的主要問題是標(biāo)準(zhǔn)定值角的加工及安裝精度比較難保證，而且測量過程中需要一套雙定值跟蹤系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
4.2.3 雙頻激光楔形平板干設(shè)法測量任意轉(zhuǎn)角
利用雙光線經(jīng)過楔形平板時光程差變化與平板轉(zhuǎn)角的關(guān)系，測得光程差的變化，從而得出相應(yīng)的轉(zhuǎn)角變化。系統(tǒng)基本原理如圖9所示。由雙頻激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過分光鏡分為兩束，反射光經(jīng)檢偏器1后由光電接收器接收，形成參考信號。投射的一束光是測量光路，經(jīng)過偏振偏光鏡將偏振方向相互垂直的兩路光分開，頻率分別為f1和f2，兩路光分別經(jīng)過λ/4波片和楔形平板后由角錐鏡反射回偏振分光鏡鏟射產(chǎn)生干涉信號，經(jīng)檢偏器后由光電接收器2吸收，將光電接收器1、2的信號送入信號處理電路，可得到多普勒頻差，該頻差值隨光程差而變，即隨平板移動而變化，因此可以得到楔形平板轉(zhuǎn)角的信息。系統(tǒng)中光線4次通過楔形平板，采用了差動結(jié)構(gòu)，可以消除楔形平板的平移和擺動誤差產(chǎn)生的影響。該系統(tǒng)可以自動判別轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動方向，可測量360度范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)角，動態(tài)相應(yīng)范圍為4r/s。但是，系統(tǒng)靈敏度在整個測量方位內(nèi)不是常數(shù)，為了克服這以缺點，使用在空間相互垂直的兩套測量光路以消除90度和270度兩個死點，這樣就使系統(tǒng)的體積非常龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另外，由于使用多個角錐反射鏡，使光路裝調(diào)比較困難，很難在實際中應(yīng)用。
為了解決以上問題，本文作者在此原理的基礎(chǔ)上提出了一種基丁光柵楔形平板的雙頻激光干涉角度測量的新方法，可以簡化測量裝置，相應(yīng)的提高系統(tǒng)靈敏度和測量精度。
由上所述可以看出激光干涉測角法的最大優(yōu)點是準(zhǔn)確度高、信號均勻性好、信噪比高，有希望達(dá)到通常方法達(dá)不到的準(zhǔn)確度，因此在高精度角度測量中得到了大量的運用。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較難在現(xiàn)場使用。隨著激光干涉測量儀器的改進(jìn)及新型激光光源的誕生和改進(jìn)，可以得到進(jìn)一步發(fā)展。
5.環(huán)形激光測教法
環(huán)形激光器已發(fā)展成為在360度整周角度范圍內(nèi)的高測量精度和高測量分辨力的角度和角速度傳感器，在慣性導(dǎo)航和角速度定位方面有重要的用途。環(huán)形激光是轉(zhuǎn)速測量準(zhǔn)確度最高的方法，轉(zhuǎn)速測量相對準(zhǔn)確度可達(dá)到10－6。研究環(huán)形激光器最多的國家是德國和俄羅斯。用該技術(shù)測角有以下優(yōu)點：
（1） 易實現(xiàn)自校，可以在測量過程中確定環(huán)形激光器的比例因子，從而大大減少了測量誤差。