[发明专利]精密测角方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，涉及一种基于偏振光的精密测角方法及其装置，尤其涉及一种基于双光路信号处理及压控放大实现精密测角的方法及其装置。

背景技术

光学测角方法由于具有非接触、高准确度和高灵敏度的特点而倍受人们的重视，应用越来越广泛。光学测角法除众所周知的光学分度头法和多面棱体法外，常用的还有光电编码器法、自准直法、声光调制法以及激光干涉法等。典型的设备有码盘（光电或光学码盘）、多齿分度台等设备。在距离较远的条件下（例如超过1m），采用这些设备进行高精度测量的实现成本和难度大大增加，因而，其应用受到限制。利用偏振光进行角度测量可以攻克这一技术难点，其利用光路中偏振元件的旋转引起偏振光光强、相位或频差的变化，并基于光的偏振面对旋转的敏感性，可以方便地测量与偏振光束垂直的角位移，具有精度高、速度快且作用距离远等优点，因而在航天器对接、军用系统高精度测量、采矿和隧道开掘、生物医学等领域有广阔的应用前景。

利用偏振光，可以直接应用马吕斯定律检测两个偏振片透光轴之间的夹角，但测量精度不高，这是因为目前尚无高精度测量偏振面旋转角的仪器，所以，必须将角度信号转换为光强度信号再进行测量。同时，微小角度变化引起的光强度变化并不明显，如果直接用光强度信号作为角度信号的载体，利用光电转换器件将光强度信号转变为直流电信号，那么微小的角度变化就会湮没在噪声与电信号漂移之中而检测不到；且采用直接检测检偏器投射或反射光强方法测量方位角信息时，由于光电器件漂移、放大电路性能等影响，测量精度难以提高。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种可提高系统测角精度、测角速度快、灵敏度高以及作用距离远的精密测角方法及其装置。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种精密测角方法，其特殊之处在于：所述精密测角方法包括以下步骤：

1）由光源发射出光强为I₀的光束；

2）对步骤1）中的光束进行准直扩束，得到准直光；

3）将准直光束进行起偏并得到线偏振光；

4）对线偏振光进行磁光调制，得到磁光调制信号光；

5）将磁光调制信号光进行偏振分束，得到分束后的光强为I₁的第一分束光以及光强为I₂的第二分束光；

6）通过光电转换器探测第一分束光的光强度信号经过光电转换器转换成的模拟电信号以及第二分束光的光强度信号经过光电转换器转换成的模拟电信号；所述模拟电信号包括交流分量以及直流分量；

8）解算检偏器与x轴之间的方位角。

上述步骤8）的具体实现方式是：

根据下面公式解算检偏器与x轴之间的方位角；

F=I1-I2I1+I2=sin2α+2θ0cos2αcosωt-θ02sin2αcos2ωt]]>

其中：

α为检偏器与x轴之间的方位角；

θ₀是交流磁光调制角幅度；

ω是磁光调制频率；

t是时间；

I₁是第一分束光光强度信号经过光电转换器转换成的模拟电信号；