[发明专利]激光小角度测量装置动态特性校准方法及装置

权利要求书

1.一种激光小角度测量装置动态特性校准用装置，其特征在于：该装置为外部触发信号装置，其包括一个长方形加长臂(12)，加长臂(12)的一端部连接一块金属栅尺(6)，该栅尺(6)的前方设置一个槽式光电开关(8)，栅尺(6)插于光电开关(8)的凹形槽中间部位。

2.根据权利要求1所述的一种激光小角度测量装置动态特性校准用装置，其特征在于：所述的栅尺(6)采用薄钢板加工而成，大小为30×20mm；该栅尺(6)以30mm边为X方向，20mm边为Y方向，沿Y方向加工出若干条栅线，其中包括暗栅线和明栅线，暗栅线的宽度可分别为d1＝1mm，d2＝1.5mm或d3＝2mm，明栅线的宽度均为1mm，栅距为相邻一条暗栅线和一条明栅线的宽度和。

3.根据权利要求1所述的一种激光小角度测量装置动态特性校准用装置，其特征在于：所述的加长臂(12)为铝制，长度在200～400mm，其可固定在激光小角度测量装置的回转装置上。

4.根据权利要求1所述的一种激光小角度测量装置动态特性校准用装置，其特征在于：所述的光电开关(8)响应时间优于50ns。

5.一种激光小角度测量装置动态特性校准方法，其特征在于：所述的激光小角度测量装置的动态分辨力测试方法如下：

该激光小角度测量装置动态分辨力测试采用标准信号发生器产生的连续方波作为外部触发信号源，激光小角度测量装置接收到外部触发信号自动实时采集数据y并进行显示存储；

根据测量分辨力指标d，选取外部触发信号频率f，选择原则为f≥f′，其中f′为测量频率，

v为回转装置的转速，d为测量分辨力指标，

计算相邻两次采集数据的差值即为分辨力测量值，通过与分辨力指标d比较来实现对激光小角度测量装置分辨力的测试，即

y_n+1-y_n≤d，y_n+1为第n+1次采集数据，y_n为第n次采集数据，n为整数。

6.一种激光小角度测量装置动态特性校准方法，其特征在于：所述的激光小角度测量装置的动态测角误差测试方法如下：

将加长臂(12)的一端固定在激光小角度测量装置的回转装置上，加长臂(12)的另一端连接一块金属栅尺(6)，该栅尺(6)插入光电开关(8)的凹形槽中间部位；所述的栅尺(6)大小为30×20mm；该栅尺(6)以30mm边为X方向，20mm边为Y方向，沿Y方向加工出若干条栅线，其中包括暗栅线和明栅线，暗栅线的宽度可分别为d1＝1mm，d2＝1.5mm或d3＝2mm，明栅线的宽度均为1mm，栅距为相邻一条暗栅线和一条明栅线的宽度和；

通过栅尺(6)作为光电开关(8)的电平变化的产生装置；通过栅尺(6)上带有的暗栅线，可将光电开关(8)的发射端与接收端间遮挡，此时光电开关(8)产生低电平向高电平的跳变，即上升沿；将光电开关(8)的上升沿电平变化作为外部触发信号，触发激光小角度测量装置进行采集数据并实时存储这一时刻的数据；

先进行动态标定，将回转装置(2)以小于100″/s的低转速旋转，带动加长臂上的栅尺(6)也以低转速旋转，栅尺(6)的两个相邻暗栅线将光电开关(8)的发射端与接收端间遮挡，产生外部触发信号，激光小角度测量装置采集并实时存储这一时刻的数据，动态标定起始时刻触发采集的数据与动态标定终止时刻触发采集的数据的差值为动态角度的名义值y_s；

然后回转轴系(2)以需要测试的转速进行旋转，测得栅尺(6)的相同两个相邻暗栅线将光电开关(8)的发射端与接收端间遮挡，产生外部触发信号，激光小角度测量装置采集并实时存储这一时刻的数据，测试转速测量起始时刻触发采集的数据与测试转速测量终止时刻触发采集的数据的差值为测试转速测量角度值y_m，测试转速测量角度值y_m与动态角度名义值y_s的差值即为该转速下动态测角偏差Δ，具体公式如下：

动态角名义值：y_s＝y_sa-y_sb

测试转速测量角度值：y_m＝y_ma-y_mb

该转速下动态测角偏差：Δ＝y_m-y_s

式中：y_s——动态角度名义值，y_sa——动态定标起始时刻触发采集数据，y_sb——动态标定终止时刻触发采集数据；y_m——测试转速测量角度值，y_ma——测试转速测量起始时刻触发采集数据，y_mb——测试转速测量时终止时刻触发采集数据；Δ——测试转速下测角偏差；

激光小角度测量装置的动态测角误差验证采用公式

Δ＜U

其中：U——测试转速动态测量不确定度。

7.一种激光小角度测量装置动态特性校准方法，其特征在于：所述的激光小角度测量装置的动态特性校准方法包括动态分辨力测试、动态测角误差测试和动态测量重复性三个部分；

(a)动态分辨力测试、

该激光小角度测量装置动态分辨力测试采用标准信号发生器产生的连续方波作为外部触发信号源，激光小角度测量装置接收到外部触发信号自动实时采集数据y并进行显示存储；

根据测量分辨力指标d，选取外部触发信号频率f，选择原则为f≥f′，其中f′为测量频率，

v为回转装置的转速，d为测量分辨力指标，

计算相邻两次采集数据的差值即为分辨力测量值，通过与分辨力指标d比较来实现对激光小角度测量装置分辨力的测试，即

y_n+1-y_n≤d，y_n+1为第n+1次采集数据，y_n为第n次采集数据，n为整数；

(b)动态测角误差测试

将加长臂(12)的一端固定在激光小角度测量装置的回转装置上，加长臂(12)的另一端连接一块金属栅尺(6)，该栅尺(6)插入光电开关(8)的凹形槽中间部位；所述的栅尺(6)大小为30×20mm；该栅尺(6)以30mm边为X方向，20mm边为Y方向，沿Y方向加工出若干条栅线，其中包括暗栅线和明栅线，暗栅线的宽度可分别为d1＝1mm，d2＝1.5mm或d3＝2mm，明栅线的宽度均为1mm，栅距为相邻一条暗栅线和一条明栅线的宽度和；

通过栅尺(6)作为光电开关(8)的电平变化的产生装置；通过栅尺(6)上带有的暗栅线，可将光电开关(8)的发射端与接收端间遮挡，此时光电开关(8)产生低电平向高电平的跳变，即上升沿；将光电开关(8)的上升沿电平变化作为外部触发信号，触发激光小角度测量装置进行采集数据并实时存储这一时刻的数据；

先进行动态标定，将回转装置(2)以小于100″/s的低转速旋转，带动加长臂上的栅尺(6)也以低转速旋转，栅尺(6)的两个相邻暗栅线将光电开关(8)的发射端与接收端间遮挡，产生外部触发信号，激光小角度测量装置采集并实时存储这一时刻的数据，动态标定起始时刻触发采集的数据与动态标定终止时刻触发采集的数据的差值为动态角度的名义值y_s；

然后回转轴系(2)以需要测试的转速进行旋转，测得栅尺(6)的相同两个相邻暗栅线将光电开关(8)的发射端与接收端间遮挡，产生外部触发信号，激光小角度测量装置采集并实时存储这一时刻的数据，测试转速测量起始时刻触发采集的数据与测试转速测量终止时刻触发采集的数据的差值为测试转速测量角度值y_m，测试转速测量角度值y_m与动态角度名义值y_s的差值即为该转速下动态测角偏差Δ，具体公式如下：

动态角名义值：y_s＝y_sa-y_sb

测试转速测量角度值：y_m＝y_ma-y_mb

该转速下动态测角偏差：Δ＝y_m-y_s

式中：y_s——动态角度名义值，y_sa——动态定标起始时刻触发采集数据，y_sb——动态标定终止时刻触发采集数据；y_m——测试转速测量角度值，y_ma——测试转速测量起始时刻触发采集数据，y_mb——测试转速测量时终止时刻触发采集数据；Δ——测试转速下测角偏差；

激光小角度测量装置的动态测角误差验证采用公式

Δ＜U

其中：U——测试转速动态测量不确定度；

(c)动态测量重复性

激光小角度测量装置的动态测量重复性，通过对同一动态角度进行多次测量，分析测量动态角数据来验证。