一种高精度转台的低速速率精度检测系统 |
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| 申请号 | CN201710508884.5 | 申请日 | 2017-06-28 | 公开(公告)号 | CN107356780A | 公开(公告)日 | 2017-11-17 |
| 申请人 | 北京航天控制仪器研究所; | 发明人 | 张大军; 刘军; 刘合朋; 胡吉昌; 王文先; 苏浩; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种高 精度 转台的低速速率精度检测系统，属于测试技术领域。该检测系统主要由双频激光发生器、光电接收器、偏振分光镜、反射镜、 角 锥棱镜、正弦臂、多功能数字 相位 卡组成。与以往采用转台内部角度 编码器 或外接角度编码器进行速率精度检测的设备相比，本发明基于双频激光干涉仪与光学差动结构—正弦臂，利用光的干涉原理和 多普勒效应 产生频差的原理来进行位移测量，并转换为 角位移 测量，再通过高精度时钟 采样 ，进而实现了对低速运行中转台的高精度动态角速率检测。本发明解决了无法对转台高精度低速率进行有效检测的难题，同时，本发明具有操作简单、自动化测量、抗干扰能 力 强、检测精度高的优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高精度转台的低速速率精度检测系统，其特征在于，包括双频激光发生器(1)、光电接收器(2)、偏振分光镜(3)、反射镜(4)、角锥棱镜(5)、正弦臂(6)、数字相位卡(7)； |
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| 说明书全文 | 一种高精度转台的低速速率精度检测系统技术领域背景技术[0002] 测试转台是惯性产品研发、测试、出厂评定及标定的主要设备，转台的位置及速率精度是影响标定的主要因素，尤其对于速率转台，其速率特性非常重要，需要在转台设备出厂前完成技术指标的检测。对于转速较高的情况(ω≥10°/s)通常利用光电计数器等方式检测，而对于低速(ω＜10°/s)的情况，只能借助其他检测设备。 [0003] 目前国内对测试转台的高精度低速速率检测系统研究相对较少，传统的外接编码器和内部编码器检测设备无论是在精度方面和自动化程度上都已经无法满足科研生产要求。传统所使用的检测设备对于高精度的低速速率精度检测存在一定困难。因此，需要研制具有操作简单、自动化测量、抗干扰能力强、检测精度高等优点的检测设备。 发明内容[0004] 本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高精度转台的低速速率精度检测系统，解决了无法对转台高精度低速率进行有效检测的难题，具有操作简单、自动化测量、抗干扰能力强、检测精度高等优点。 [0005] 本发明的技术解决方案是：一种高精度转台的低速速率精度检测系统，包括双频激光发生器、光电接收器、偏振分光镜、反射镜、角锥棱镜、正弦臂、数字相位卡； [0006] 双频激光光源发生器产生频率分别为f1和f2的双频正交线偏振光，一部分双频正交线偏振光通过光学元器件和光电转换装置获得频率为f1-f2的基准信号并发送至数字相位卡，一部分双频正交线偏振光射向偏振分光镜； [0007] 偏振分光镜将双频正交线偏振光分开，分别通过两组反射镜反射后平行射出至角锥棱镜；偏振分光镜接收反射镜反射回来的双频正交偏振光，汇聚后射向光电接收器； [0008] 角锥棱镜分别安装在正弦臂两端；角锥棱镜将经过反射镜反射的双频正交偏振光反射至反射镜，并通过反射镜反射至偏振分光镜；正弦臂安装在转台上，以正弦臂中心为转轴转动； [0009] 光电接收器通过光学元器件和光电转换装置将偏振分光镜发送的双频正交偏振光进行干涉，得到频率为(f1-f2)+Δf1+Δf2的测量信号；其中，Δf1表示频率为f1的偏振光经过角锥棱镜后的频率变换量，Δf2表示频率为f2的偏振光经过角锥棱镜后的频率变换量； [0010] 数字相位卡将通过双频激光发生器获得的频率为f1-f2的基准信号与光电接收器发送的频率为(f1-f2)+Δf1+Δf2的测量信号进行比较、积分得到周期数N，根据周期数N获得转台的转动角度α。 [0011] 所述转动角度α的计算公式如下： [0012] 其中，λ为双频正交线偏振光的近似波长，D为正弦臂臂长。 [0013] 本发明与现有技术相比的优点在于： [0014] (1)本发明系统通过采用双频激光干涉方案，抗干扰能力强，检测精度高，解决了无法对转台高精度低速率进行有效检测的技术难题。 [0015] (2)本发明系统通过采用光学差动结构--正弦臂方案，不仅使得测量系统分辨率更高，而且使得装置安装误差对系统精度影响更小。 [0017] 图1为本发明结构原理简图； [0018] 图2为本发明的装置三维视图。 具体实施方式[0019] 本发明针对转台低速速率精度检测提出了一种高精度转台的低速速率精度检测系统，不仅提高了测试过程的自动化水平，并且从根本上解决了无法对转台高精度低速率进行有效检测的难题，与以往采用转台内部角度编码器或外接角度编码器进行速率精度检测的设备相比，具有操作简单、自动化测量、抗干扰能力强、检测精度高的优点。如图1所示，为本发明系统原理简图，如图2所示，为本发明系统的三维示意图，高精度转台的低速速率精度检测系统包括双频激光发生器1、光电接收器2、偏振分光镜3、反射镜4、角锥棱镜5、光学差动结构--正弦臂6、数字相位卡7，其中， [0020] 双频激光光源发生器1产生偏振态好、拍频频率稳定的双频正交线偏振光，频率分别为f1和f2，一部分双频正交线偏振光通过光学元器件和光电转换装置获得频率为f1-f2的基准信号发送至数字相位卡7，一部分双频正交线偏振光射向偏振分光镜3； [0021] 偏振分光镜3将双频正交线偏振光分开，分别通过两组反射镜4反射后平行射出至角锥棱镜5； [0022] 角锥棱镜5又称角体合作目标，由于具有反射光与入射光平行，以及光学正弦臂6臂长不随入射角变化而变化的特性，用于线位移测量转换为角位移测量，而且该方式使得系统分辨率更高，安装误差对检测系统精度影响更小，是本检测系统检测精度的有效保证。正弦臂6臂长就是指两角锥棱镜5光学中心之间的连线距离即两个角锥棱镜5顶点之间的连线距离。偏振光通过角锥棱镜5反射后，再射向反射镜4、偏振分光镜3后汇集，射向光电接收器2。所述角锥棱镜5关于正弦臂6的中心对称，安装在正弦臂6两端。正弦臂6安装在转台8上，以正弦臂6中心为转轴转动。 [0023] 光电接收器2通过光学元器件和光电转换装置把获得的两束正交偏振光进行干涉，得到频率为(f1-f2)+Δf1+Δf2的测量信号；其中，Δf1表示频率为f1的偏振光经过角锥棱镜5后的频率变换量，Δf2表示频率为f2的偏振光经过角锥棱镜5后的频率变换量。 [0024] 数字电路装置--数字相位卡7用于高速数字采集和传输。数字相位卡7将通过双频激光发生器1获得的双频正交线偏振光干涉的频率为f1-f2的基准信号与通过光电接收器2得到的频率为(f1-f2)+Δf1+Δf2的测量信号进行做差、积分得到周期数N，此周期数N可以反映转台8的转动角度α；具体函数关系如下式所示： [0025] [0026] 其中，L为测试转台8转动α角度时，一个角锥棱镜5沿光路移动的距离；λ为双频正交线偏振光的近似波长，D为正弦臂6臂长。 [0027] 若转台8未发生转动，N＝0，测量信号与基准信号一致，若转台8发生转动，通过频率为f1-f2的测量信号与频率为(f1-f2)+Δf1+Δf2的基准信号进行比较、积分获得周期数N，可解算出转台8的转动角度α，再用高精度时钟采样，进而实现了对低速运行中转台的高精度动态角速率检测。 [0028] 转台8的角速率 ΔT为转台8转过转动角度α的时间间隔。 [0030] 光电接收器2选用的是PT-1303C高速接收器，工作频率可达10MHz。 [0031] 数字相位卡7选用的是PT-1313B多功能数字相位卡，测量频率的频率范围10kHz-10MHz。 [0032] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。 |
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