角度測量的光學方法(二)
光學測角法是高精度動態(tài)角度測量的一種有效的解決途徑。對目前發(fā)展較快的幾種角度測量的光學方法----圓光柵測角法、光學內反射小角度測量法、激光干涉測角法和環(huán)形激光測角法進行了詳細的介紹...
(2) 可以實現(xiàn)高速轉角測量,動態(tài)響應范圍寬。
(3)可以在轉速測量的同時實現(xiàn)轉角測量,還可以測量瞬態(tài)轉速。 缺點是加工工藝難以保證,成本高,對環(huán)境要求嚴格,這是環(huán)形激光器沒有得到大量應用的最主要原因。主要誤差來源是"頻鎖"、"零飄"、"頻率牽引"和地球自轉的影響。 環(huán)形激光測角的基本原理如圖10所示。當被檢量具和環(huán)形激光器相對于靜止的光電自準直儀同步轉動時,在瞄準軸與量具棱面發(fā)現(xiàn)相重合的瞬間,被測角度轉換成由光電流觸發(fā)和停止脈沖所需的時間間隔,接口裝置在此間隔內對環(huán)形激光脈沖讀數(shù)[31]。圣彼得堡電子大學和PTB合作研制的精密環(huán)形激光測角計可用于光學多面體和光學編碼器的校準、旋轉物體的外部角度測量和測角儀本身的內部旋轉角測量。該裝置的原理和上面介紹的基本相同。為了消除環(huán)形激光器比例系數(shù)絕對值長時間波動引起的測量誤差,與測量過程同時進行激光器校準,即用2π角度(整轉)內的周期數(shù)相加的方法確定環(huán)形激光器差頻周期角值。與標準角度測量方法相比,該裝置在1r/s的轉速范圍內,測量準確度達到0.5μrad(0.1'')[32]。他們還將環(huán)形激光用于衍射光譜儀衍射角的測量,在0度到360度范圍內測量誤差大約為0.05弧秒[33]。 6.結論 通過對目前常用的幾種光學測角的方法的介紹可以看出,光學測角法在角度測量中已經得到了廣泛的應用,并且達到了很高的測量精度。圓光柵在角度測量中的應用非常廣泛,在整周任意角度的測量中也達到了極高的準確度。其缺點是對光柵與轉臺的對心準確度要求較高,高準確度光柵的制作加工困難。光學內反射法小角度測量的主要優(yōu)點是體積小,可以做成袖珍式測角儀,但其測量范圍也很小,因此只能用于小角度測量。激光干涉測角技術的最大優(yōu)點是測量精度高,小角度測量已經達到了極高的準確度,各種不同的測量儀器在靜態(tài)和動態(tài)測量的條件下也具有結構簡單、穩(wěn)定性好、儀器只能化等許多優(yōu)點。作適當?shù)母倪M,消除誤差因素可進行整周角度測量。但目前的效果不很理想,測量精度不是很高,而且體積龐大,不適合在現(xiàn)場使用,因此還需要作進一步研究。在整周角度測量中,環(huán)形激光器被認為優(yōu)于目前其他技術。該方法的缺點是只能實現(xiàn)動態(tài)測量,對測量條件要求很高,但該方法在動態(tài)整周角度測量方面是一個非常有前途的發(fā)展方向。 參考文獻: [1]Aria Toyama. Present of precision angle measurement technique in Japan . Bulletin of the Japan, 1981,15(1): 1-6 [2]陸德基。 中國角度計量50年的進展。計量與測試技術,1999,6:4-5 [3]孫方金。 角度計量。宇航計測技術,1999,19(2):22-24 [4]孫方金。 精密測角轉臺。計量學報,1986,17(4):291-295 [5]胡明,等。InSb精密角位移傳感器的研究。儀表技術及傳感器,1998,2:1-3 [6]T Masuda,Mkajitani. An automatic calibration system for angular encoder. Precision Engineering, 1989,11(2):95-100。 [7]Jing F S. Angular measurement by means of rotation of linear grating . CIRP Ann, 1992,41(1):585-587. |
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