垂直方位传递.doc

一种垂直方位传递方案的设想1用途 提供近距离(5m之内)垂直状态下的方位的基准传递.2两束方案2.1.组成和结构 a）代表基准方位的光束：两束相互平行的(被调制的)平行光光源,简称基准光发射器.两光束的中心距为了L一个向上发射的平面光束 b）由两个光电位置传感器(面阵CCD或者二维位置传感器SPD)组成的接收器,简称接收器.两者的中心距等于Lc）光调制发射和接收电路.d）接收器调平和对心平台.基准光发射器向上发射出两束脉冲调制平行激光束.两光束相互平行(平行度应该在0.01之内,视工作距离而定)并且垂直于发射器台面.光束(直径应该小于2mm左右)中心,等距分布在台面的同一直径上(M1M3=M2M3),光束M3处于台面中心.接收器的底部对应发生器的两束平行激光安装有三个SPD.中间的S3为二维传感器,其几何中心在接收器中心;S1和S2是一维线形传感器,对称安装在S3的两边.三者的几何中心距离对应三个平行激光束的中心.S1和S2两个接收器的几何中心连线所在的垂面为接收器方位平面.2.2.工作原理 垂直方位传递的最终目的只是使接收器的接收方位平面与发射方位平面平行,但是为了减小光敏元件的非线性误差,在实际操作时必须尽可能使两个平面重合.2.2.1.基准光发射器发射器台面精确调平之后向上发射出三束脉冲调制平行激光束.其中心光束为对心光束.两个外侧光束为基准方位光束,两个光束中心线所构成的平面为所要垂直传递的方位平面.2.2.2.接收器调平 在进行方位传递之前,接收器台面首先进行调平(调平方法另行讨论)同时前后左右移动台面进行粗略对心,以便使中心光束进入中心传感器的敏区.2.2.3.接收器精确对心 由于中心传感器为二维位置传感器,具有四个输出端,根据四个输出信号可以控制接收器在前后左右平移,直到中心光束处于中心传感器的中央即完成精确对心.预计对心精度不难达到0.01mm. 在完成调平和精确对心之后,对心回路转入监视状态.2.2.4.方位传递 当M1和M2两个光束分别被线形传感器S1和S2接收时,从传感器S1和S2分别获得I11,I12,I21,和I22四个光电流.经过处理之后可获得代表两个光束中心到各自线形传感器中心距离的光电流:及则基准平面与接收平面之间夹角可近似表示为:式中k为SPD的变换系数,S12为光敏元件S1,S2的中心距离. 转动接收器转台,使电流I为0,即完成了发射器向接收器垂直传递基准方位的目的. 为了保证传递精度,在进行上述方位转动时还需要监视对心误差,必要时再次进行精确对心操作.3两光束方案 两光束方案与三光束方案不同的是,省去中的中心光束和中心光敏元件. S1和S2改为二维面形传感器.两个传感器共有8个输出电流. I11 I12I13I14I2I I22I24I23 S1S2XYM2 M1Y轴对心平移信号 X轴对心平移和方位转动信号 操作程序: Y轴平移 转动 X轴平移详细的计算公式和脉冲调制与接收电路设计问题待进一步完成.4零位标定和重复精度测量 对心信号的获得和敏区 5误差分析 如下因素可能形成方位传递误差:5.1.光敏元件分辨率与光敏元件安装距离之比假设M1,M2的距离为100mm,PSD的分辨率为0.5m 则产生的分辨率误差为 离散CCD代替连续PSD,信号可通过内插进行细分以提高分辨率。5.2.光敏元件的非线性误差 5.3.调平误差引起的5.4.光束宽度,平行度和强度变化5.5.光敏元件安装误差5.6.温漂 温度稳定