通用水平转台绝对角度和旋转角度的测量方法

摘要

一种通用水平转台绝对角度和旋转角度的测量方法，测量系统包括宽带光源、孔径光阑、分光镜、反射式衍射光栅、平面镜对、聚焦透镜、光纤光谱仪和计算模块。所述方法包括：宽带光源输出光束透过分光镜和平面镜对被光栅衍射返回；衍射光被分光镜反射取样，经透镜聚焦后进入光纤光谱仪；光纤光谱仪采集光谱信息；计算机根据采集的光谱峰值波长确定入射光束在光栅上的入射角，即入射光束与反射式衍射光栅间的绝对角度；确定通用水平转台初始角度，旋转通用水平转台，根据峰值波长的变化确定旋转角度和绝对角度。本发明特别适用于工业和科研中绝对角度和旋转角度的精密校正和测量，具有操作简单，角度测量范围广，范围精度高等优点。

主权项

一种通用水平转台绝对角度和旋转角度的测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)建立测量光路：该测量光路包括宽带光源(1)，沿该宽带光源(1)的激光输出方向依次是孔径光阑(2)、衰减片(3)、分光镜(4)、第一反射镜(5)、第二反射镜(6)、角锥(7)，经所述的角锥(7)的反射光方向依次是第二反射镜(6)、第一反射镜(5)、分光镜(4)、聚焦透镜(10)、探头(11)、光纤(12)、光纤光谱仪(13)，所述的光纤光谱仪(13)的输出端与计算机(14)的输入端相连，利用所述的光纤光谱仪(13)测量记录宽带光源(1)输出光的光谱，微调第一反射镜(5)和第二反射镜(6)使所述的光纤光谱仪(13)测得的光谱强度最大；2)移除角锥(7),旋转通用水平转台至零刻度位置，旋转次数n记为零，即n＝0，此时通用水平转台初始角度θ₀＝0，将反射式衍射光栅(8)放置在所述的通用水平转台(9)上，且所述的反射式衍射光栅(8)的光栅条纹垂直于通用水平转台(9)的台面，调整所述的反射式衍射光栅(8)相对第二反射镜(6)输出光路的角度姿态直到所述的光纤光谱仪(13)测得尖锐的满足利特罗角条件的光谱信号；3)确定所述的反射式衍射光栅(8)光栅的初始角度：计算机(14)利用如下光栅方程计算出此时第二反射镜(6)输出光路相对于所述的反射式衍射光栅(8)的入射角：其中，d为光栅常数，λ₁为峰值波长，为利特罗角，即此时反射式衍射光栅(8)相对第二反射镜(6)输出光路的入射角；4)计算绝对角度测量值：令所述的通用水平转台(9)的旋转次数为n＝n+1，第n次旋转所述的通用水平转台(9)至第n个非零刻度处，对应的刻度值为α_n，所述的光纤光谱仪(13)将测得另一峰值波长λ₂，计算机(14)通过如下公式计算出通用水平转台(9)的第n次的旋转角度Δθ_n：Δθ_n＝arcsin(λ₂/2d)‑arcsin(λ₁/2d)累积的旋转角度$\mathrm{\Delta \theta }=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\Delta {\theta }_n$所述的通用水平转台(9)的第n个非零刻度对应的绝对角度测量值θ_n为初始角度θ₀和累积的旋转角度Δθ之和；5)将步骤4)得到的第n个非零刻度对应的绝对角度测量值θ_n与通用水平转台(9)的第n个刻度值α_n比较，得到所述的通用水平转台(9)第n个刻度值θ_n与绝对角度测量值α_n的误差；6)令所述的光纤光谱仪(13)的峰值波长为λ₁，当所述的光纤光谱仪(13)测得的光谱信号靠近所述的宽带光源(1)光谱范围的一侧边缘时，则调整第一反射镜(5)或第二反射镜(6)，直到光纤光谱仪(13)测得的光谱信号靠近宽带光源(1)光谱范围的另一侧边缘，重新记录所述的光纤光谱仪(13)的峰值波长为λ₁；7)返回步骤4)，直至完成所述的通用水平转台(9)的360度绝对角度的测量；8)以所述的通用水平转台(9)刻度值为横坐标，对应的绝对角度测量值为纵坐标，作出测量曲线，所述的通用水平转台(9)任意两个刻度之间的旋转角度Δθ等于相对应的纵坐标之差。