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激光二维微角度测量系统研究

【摘要】:作为计量技术中的重要组成部分,角度测量技术的发展到目前为止已经较为完备,用于检测的手段也较为丰富。其中光电微小角度测量技术具有非接触、精度高、方便可靠等优点,在机械、航空航天以及军事等诸多领域都具有广泛的应用。目前,光电角度测量仪器因其在精度方面可以满足实际的需要而被广泛应用。然而这类仪器通常都只能实现角度的一维测量,并由于其本身的较大体积,不便于携带至某些特定的工作现场进行测量。因此,研究一种小型化、便携式的高精度角度测量仪器成为必要。论文针对上述问题,提出了课题研究的基本目标。然后根据响应速度、光强动态范围和稳定性综合要求,对不同类型的光源和光电传感器进行了比较,构建了基于LD(Laser Diode)-PSD (Position sensitive detector)的光电传感系统。结合激光自准直原理及原有的微角度传感器,在其基础上研究了几项用于微角度测量的关键技术。本文首先设计了系统的光路方案,优化了二维微角度传感器的光路及光学器件的构成。通过坐标变换解决了由于PSD安装误差引起的二维角度测量的耦合。然后设计了利用嵌入式系统对数据进行采集并进行后期处理的方案,研制了传感器信号处理与显示系统,并对硬件系统进行了整合。对所研制的激光二维微角度传感器进行标定校正后,对其进行了量程、线性度、分辨率、稳定性等特性实验,确定了系统的主要参数,同时与光电自准直仪进行了对照实验来验证系统的可靠性。实验结果表明,课题研究实现了预期目标。最后对课题的工作进行了归纳总结,并对研究中有待改进的方面提出了展望。

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