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一種雙色光差動自準直儀示值補償系統及方法
【專利摘要】本發明涉及幾何量計量測試儀器【技術領域】，具體公開了一種雙色光差動自準直儀示值補償系統及方法。該系統包括被測反光鏡、雙色分光鏡以及自準直儀，其中，在自準直儀與被測反光鏡直接固定設有雙色分光鏡，且雙色分光鏡要靠近被測反光鏡，自準直儀能夠同時射出波長為a的a光和波長為b的b光的混合光，且雙色分光鏡對a光具有高反射率，對b光具有高透率。系統能夠利用雙色光，以及雙色分光鏡對兩種光分別進行反射和透射，由于被測反光鏡和雙色分光鏡的位置相近，示值漂移對兩鏡是相同的，因此差分后可有效減小自準直儀的示值漂移，同時對氣流、儀器本身原因引起的示值跳動，具有較好的抑制作用。
【專利說明】一種雙色光差動自準直儀示值補償系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于幾何量計量測試儀器【技術領域】，具體涉及一種雙色光差動自準直儀示值補償系統及方法。
【背景技術】
[0002]自準直儀是應用最廣泛的小角度測量儀器，用于測量反光鏡微小的角位移，其示值的漂移是由環境條件影響和儀器內部原因引起的，儀器光源的熱量、電子元件工作中的熱、漂移、機械固定的穩定性、環境溫度的變化都會引起示值漂移。漂移過程比較緩慢，盡管可以從儀器結構和環境條件中采取多種措施進行改善，但仍很難滿足精密測量的要求，從而使測量誤差增大、測量數據不回零。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種雙色光差動自準直儀示值補償系統及方法，可以對自準直儀進行自動補償，以減小光電自準直儀的示值漂移和示值跳動量。
[0004]本發明的技術方案如下:一種雙色差動自準直儀示值補償系統，該系統包括被測反光鏡、雙色分光鏡以及自準直儀，其中，在自準直儀與被測反光鏡直接固定設有雙色分光鏡，且雙色分光鏡要靠近被測反光鏡，自準直儀能夠同時射出波長為a的a光和波長為b的b光的混合光，且雙色分光鏡對a光具有高反射率，對b光具有高透率。
[0005]所述的自準直儀中能夠同時產生a光和b光的結構包括分光棱鏡4、a光光源以及b光光源，其中，b光光源置于分光棱鏡分光面對b光透射率高反射率低的一面，a光光源置于分光棱鏡分光面對a光反射率高透射率低的另一面，a光光源與b光光源垂直,且分別在a光光源與b光光源入射分光棱鏡的光路上,分別設有a光聚光鏡組和b光聚光鏡組。
[0006]所述的a光聚光鏡組可以將a光光源發出的a光形成平行光；所述的b光聚光鏡組可以將b光光源發出的b光形成平行光。
[0007]—種采用所述一種雙色差動自準直儀示值補償系統的補償方法，該方法具體包括如下步驟:
[0008]步驟1、將雙色分光鏡固定在自準直儀與被測反光鏡之間，并盡可能靠近被測反光鏡，啟動自準直儀，發射包含a光和b光的混合光源；
[0009]步驟2、調整雙色分光鏡直接反射回的a光的自準直像位置，避開測角時被測反光鏡反射回b光的自準直像位置覆蓋范圍；
[0010]步驟3、自準直儀對a光和b光自準直像的位置進行差分輸出，差分后測出被測反光鏡的角位移，并補償自準直儀的示值漂移和跳字。
[0011]本發明的顯著效果在于:本發明所述的一種雙色光差動自準直儀示值補償系統及方法中，能夠利用自準直儀產生的雙色光，以及雙色分光鏡對兩種光分別進行反射和透射，由于被測反光鏡和雙色分光鏡的位置相近，儀器本身原因、機械固定的可靠性以及環境溫度變化等因素引起的示值漂移對兩鏡是相同的，因此差分后可有效減小自準直儀的示值漂移，同時對氣流、儀器本身原因引起的示值跳動，具有較好的抑制作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為一種雙色光差動自準直儀示值補償系統示意圖；
[0013]圖2為圖1中雙色光差動自準直儀示值補償系統中雙色光源結構示意圖；
[0014]圖3為采用本發明所述補償系統和方法后自準直儀示值漂移量對比曲線圖；
[0015]圖4為采用本發明所述補償系統和方法后自準直儀示值跳動量對比曲線圖；
[0016]圖中:1、被測反光鏡；2、雙色分光鏡；3、自準直儀；4、分光棱鏡；5、a光聚光鏡組；
6、a光光源；7、b光聚光鏡組；8、b光光源；9、不米用補償系統和方法的不值漂移量實驗曲線；10、采用補償系統和方法的示值漂移量實驗曲線；11、不采用補償系統和方法的示值跳動量實驗曲線；12、采用補償系統和方法的示值跳動量實驗曲線。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0018]如圖1、圖2所示，一種雙色光差動自準直儀示值補償系統，包括被測反光鏡1、雙色分光鏡2、自準直儀3，在盡可能靠近自準直儀3正前方的被測反光鏡I處，牢固地固定有一塊不動的雙色分光鏡2，其中，雙色分光鏡2能夠對自準直儀3同時射出波長為a的a光直接反射，對射出波長為b的b光透射；在自準直儀3中同時產生波長為a和b的結構包括分光棱鏡4、a光光源6以及b光光源8,其中，b光光源8發射b光,并經過b光光源8前放置的b光聚光鏡組7形成平行光后，垂直入射分光棱鏡4的一個面，分光棱鏡4的分光面對b光透射率高而發射率低，因此，b光主要被分光棱鏡4透射；在分光棱鏡的另一個垂直面前方，依次設有a光聚光鏡組7及a光光源，a光光源產生的a光經過a光聚光鏡組件7后，垂直入射分光棱鏡4，分光棱鏡4的分光面對a光發射率高而透射率低，因此，a光經過分光棱鏡4分光面反射后，與經過分光棱鏡4分光面透射的b光混合后,從自準直儀3射出；a光、b光混合光經過雙色分光鏡2后，絕大部分a光經由雙色分光鏡2直接反射至自準直儀3，絕大部分b光透過雙色分光鏡2后，經由被測反光鏡I反射后，透射過雙色分光鏡2后射入自準直儀3，兩束不同的返回光，經自準直儀3物鏡形成各自的自準直像，成像在自準直儀的光電轉換元件(CCD)不同位置上，由于被測反光鏡I和雙色分光鏡2的位置相近，儀器本身原因、機械固定的可靠性以及環境溫度變化等因素引起的示值漂移對兩鏡是相同的，因此差分后可有效減小自準直儀的示值漂移，同時對氣流、儀器本身原因引起的示值跳動，也有抑制作用。
[0019]一種利用該雙色光差動自準直儀示值補償系統的補償方法，具體步驟為:
[0020]步驟1、將雙色分光鏡2固定在自準直儀3與被測反光鏡I之間，并盡可能靠近被測反光鏡I，啟動自準直儀3,發射包含a光和b光的混合光源；
[0021]步驟2、調整雙色分光鏡2直接反射回的a光的自準直像位置，避開測角時被測反光鏡I反射回b光的自準直像位置覆蓋范圍；
[0022]步驟3、自準直儀3對a光和b光自準直像的位置進行差分輸出，差分后測出被測反光鏡I的角位移，并補償自準直儀的示值漂移和跳字。
[0023]如圖3所示，采用該雙色光差動自準直儀示值補償系統及方法對示值漂移的補償經過6個小時的試驗后，不采用自動補償的示值漂移的實驗曲線9中，示值漂移峰谷值(PV)為0.31"，采用自動補償的示值漂移的實驗曲線10中，示值漂移峰谷值(PV)為0.13〃 ；圖4所示，采用該雙色光差動自準直儀示值補償系統及方法對減小示值跳動量的試驗中，連續采樣1000個示值。采樣間隔時間約25ms，示值跳動量的標準偏差由不加補償的0.0863〃減小到補償后的0.0278"，峰谷值(PV)由不加補償的0.7212"減小到補償后的0.2373"。
【權利要求】
1.一種雙色差動自準直儀示值補償系統，其特征在于:該系統包括被測反光鏡(I)、雙色分光鏡(2 )以及自準直儀(3 )，其中，在自準直儀(3 )與被測反光鏡(I)直接固定設有雙色分光鏡(2 )，且雙色分光鏡(2 )要靠近被測反光鏡(I)，自準直儀(3 )能夠同時射出波長為a的a光和波長為b的b光的混合光，且雙色分光鏡(2)對a光具有高反射率，對b光具有高透率。
2.根據權利要求1所述的一種雙色差動自準直儀示值補償系統，其特征在于:所述的自準直儀(3)中能夠同時產生a光和b光的結構包括分光棱鏡4、a光光源(6)以及b光光源(8),其中，b光光源(8)置于分光棱鏡(4)分光面對b光透射率高反射率低的一面，a光光源(6)置于分光棱鏡(4)分光面對a光反射率高透射率低的另一面，a光光源(6)與b光光源(8)垂直,且分別在a光光源(6)與b光光源(8)入射分光棱鏡(4)的光路上,分別設有a光聚光鏡組(5)和b光聚光鏡組(7)。
3.根據權利要求2所述的一種雙色差動自準直儀示值補償系統，其特征在于:所述的a光聚光鏡組(5)可以將a光光源(6)發出的a光形成平行光；所述的b光聚光鏡組(7)可以將b光光源(8)發出的b光形成平行光。
4.一種采用權利要求1所述一種雙色差動自準直儀示值補償系統的補償方法，其特征在于:該方法具體包括如下步驟: 步驟1、將雙色分光鏡固定在自準直儀與被測反光鏡之間，并盡可能靠近被測反光鏡，啟動自準直儀，發射包含a光和b光的混合光源； 步驟2、調整雙色分光鏡直接反射回的a光的自準直像位置，避開測角時被測反光鏡反射回b光的自準直像位置覆蓋范圍； 步驟3、自準直儀對a光和b光自準直像的位置進行差分輸出，差分后測出被測反光鏡的角位移，并補償自準直儀的示值漂移和跳字。
【文檔編號】G01B11/26GK103630089SQ201210310495
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月28日 優先權日:2012年8月28日
【發明者】張俊杰, 王震, 孫方金 申請人:北京航天計量測試技術研究所, 中國運載火箭技術研究院