[发明专利]抗径向跳动的合作目标激光转角及速率测量方法与装置

摘要

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及抗径向跳动的合作目标激光转角及速率测量方法与装置。该方法以光栅作为合作目标，使用两束激光照射转动体上安装的光栅，利用沿转动体径向方向的两路光栅衍射光的多普勒频移效应对转动体径向跳动不敏感的特点，进而通过干涉检测技术实现高精度转角测量。本发明融合了光栅衍射、多普勒效应、干涉检测技术以及误差分离技术，可针对具有较大径向跳动的转动体进行高精度转角、角速度、角加速度测量，为大型机电转角系统实现高精度转动控制提供精确、快速的角度数据。

主权项

1. 抗径向跳动的合作目标激光转角及速率测量方法，其特征在于：(a)测量前调整光路，使两束频差为f的准直激光同时照射转动体回转表面上光栅尺的同一区域，两束准直激光在光栅尺的表面发生衍射，其中一束准直激光的m级衍射光与另一束准直激光的n级衍射光互相重合，并沿转动体的径向方向出射进入会聚镜，经过会聚镜聚焦在光电传感器表面发生干涉，此时两束准直激光与光栅尺表面法线的夹角α需满足以下公式：其中N为沿转动体的径向方向出射衍射光的级次、λ为入射准直激光的波长、d为光栅尺的栅距；(b)测量过程中，当转动体静止时，两束衍射光的频差为f，光电探测器的输出信号的频率值为f，当转动体旋转时，光栅尺沿回转表面的切向方向运动，使两束准直激光的衍射光发生多普勒频移，频移值为Δf，两束衍射光的频差为f+2Δf，光电探测器的输出信号的频率值为f+2Δf；(c)测量过程中计算转动数据，首先需要记录光电探测器输出信号的波动次数为n(t)，记录光电探测器输出信号的频率为F(t)，而后根据公式(2)(3)(4)可计算转动体的转动角度θ(t)、角速度ω(t)、角加速度ε(t)：其中r是转动体的回转半径，f为两束准直激光的频差，d为光栅尺的栅距，m、n为沿光栅尺表面法线方向出射的衍射光级次。