基于涡旋光干涉的角度传感装置及测量方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115900597A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211692383.4(22)申请日2022.12.28(71)申请人河海大学地址210024江苏省南京市江宁区佛城西路8号(72)发明人殷澄殷钰涵靳荣果束叶子束石靳琪琳束昊昱(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224专利代理师董建林(51)Int.Cl.G01B11/26(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称基于涡旋光干涉的角度传感装置及测量方法(57)摘要本发明公开了基于涡旋光干涉的角度传感装置及测量方法，涉及角度位移传感测量技术领域，包括光源、相位板、分束片、高反镜一、高反镜二、合束片和CCD相机。光源产生高斯光束，相位板将高斯光束转为涡漩光束，分束片、高反镜一、高反镜二和合束片构成马赫曾德干涉光路，并形成与涡旋光位相特征密切相关的特征干涉图样，CCD相机接收并采集干涉光路形成的干涉图样。分束片将入射的涡漩光分成探测光和参考光，在传感过程中，参考光路保持不同，探测光路中的高反片二与被测物体相连，并随被测物体的微小转动对探测光的光路产生角度的偏移，而偏移量的大小与干涉图样的特征结构密切相关。本发明利用新型的涡旋光干涉光束，在干涉图样上添加了特征明显的Y型标识物，利用深度学习技术自动辨识条纹的平移量，并且自动转化为角度的高CN115900597A精度传感，可以达到很高的传感精度。CN115900597A权利要求书1/2页1.一种基于涡旋光干涉的角度传感装置，其特征在于，包括光源(1)、相位板(2)、分束片(3)、高反镜一(4)、高反镜二(6)、合束片(5)和CCD相机(7)；所述光源(1)是激光器光源，用于产生测量用的激光光束；所述相位板(2)用于将激光光束转变为具有螺旋位相结构的涡旋光束；所述分束片(3)用于将入射的涡漩光束分成探测光和参考光；所述高反镜一(4)用于接收探测光，并通过反射调整探测光的光路；所述高反镜二(6)连接被测物体，用于接收并反射通过高反镜一(4)反射调整后的探测光；所述高反镜二(6)随被测物体转动而转动，通过高反镜二(6)反射的探测光的光路随高反镜二(6)转动产生角度的偏移；所述合束片(5)用于接收参考光及通过高反镜二(6)反射的探测光，将参考光及通过高反镜二(6)反射的探测光进行合成，形成干涉图样；所述CCD相机(7)用于接收并采集合束片(5)形成的干涉图样。2.根据权利要求1所述的基于涡旋光干涉的角度传感装置，其特征在于，所述相位板(2)的拓扑荷为1。3.根据权利要求1所述的基于涡旋光干涉的角度传感装置，其特征在于，所述合束片(5)是固定的。4.根据权利要求1所述的基于涡旋光干涉的角度传感装置，其特征在于，所述通过高反镜二(6)反射的探测光的光路产生的偏移角度为被测物体转动角度的两倍。5.根据权利要求1所述的基于涡旋光干涉的角度传感装置，其特征在于，所述干涉图样为明暗相间的水平条纹，所述干涉图样包括正负Y型的特征结构。6.一种如权利要求1至5所述的基于涡旋光干涉的角度传感装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：光源(1)产生测量用的激光光束；相位板(2)将激光光束转变为具有螺旋位相结构的涡旋光束；分束片(3)将入射的涡漩光束分成探测光和参考光；高反镜一(4)接收探测光，并通过反射调整探测光的光路；高反镜二(6)连接被测物体，接收并反射通过高反镜一(4)反射调整后的探测光；所述高反镜二(6)随被测物体转动而转动，通过高反镜二(6)反射的探测光的光路随高反镜二(6)的转动产生角度的偏移；合束片(5)接收参考光及通过高反镜二(6)反射的探测光，将参考光及通过高反镜二(6)反射的探测光进行合成，形成干涉图样；CCD相机(7)接收并采集合束片(5)形成的干涉图样。7.根据权利要求6所述的基于涡旋光干涉的角度传感装置的测量方法，其特征在于，所述干涉图样的光强分布表达式为：I∝|u参+u探|2I∝|u参+u探|2其中，u参为初始参考光的光场振幅分布，u探为探测光的光场振幅分2CN115900597A权利要求书2/2页布。8.根据权利要求7所述的基于涡旋光干涉的角度传感装置的测量方法，其特征在于，所述探测光的光场振幅分布u探包括初始探测光的光场振幅分布u始及偏移后的探测光的光场振幅分布u末；其中，Δθ为被测物体的转动角度，k0为激光波数，l为涡旋光的拓扑荷数，l＝±1；w为高斯光束的束腰半径，θ0为初始探测光与初始参考光之间存在的夹角的度数，为含涡漩特征的位相项。3CN115900597A说明书1/5页基于涡旋光干涉的角度传感装置及测量方法技术领域[0001]本发明涉及基于涡旋光干涉的角度传感装置及测量方法，属于角度位移传感测量