恒光程光电自准直小角度测量误差分析论文

1、恒光程光电自准直仪的硬件设计与精度分析【摘要】 小角度测量技术广泛应用在机械、光学、航空、航天、航海等领域,高精度小角度测量是几何量测量领域的研究重点之一,本文研究了一种基于恒光程原理的光电自准直仪,围绕该仪器的研究开发,主要研究了以下内容:首先,结合自准直原理,设计了恒光程光电自准直仪的总体方案,以双直角棱镜组来保证测量光程的恒定,设计了包括装夹结构、光路系统、光电探测器件、信号处理系统在内的四个组成部分,重点阐述了光学系统的设计工作,并从数学角度论述了光路的检测原理。其次,在搭建光电自准直系统方面,对光电自准直仪的光学器件的选取进行了分析研究,从影响光束质量的因素及光强分布特点入手,为本系

2、统选择了高性能的半导体激光器作为光源;在光电转换器件方面,分析对比了硅光电池以及CCD器件的响应速度、光谱特性以及信号质量等因素,选取了四象限硅光探测器作为光电转换器件,并推导出该探测器接收信号的数学计算公式。第三,对整个恒光程测量系统的电路设计及软件平台的搭建进行阐述,设计了信号放大电路及信号提取电路,将光电接收器接收到的电流信号转变为可以进行采集的电压信号,利用高速采集卡对该电压信号进行采样及A/D转换,提取有用的测量信号,并在计算机中输出. 更多还原【Abstract】 Micro angle measurement technique is widely used in ma

3、chinery, optics, aviation, aerospace, marine and other fields, High-precision measurement of micro angle is one of the key areas in the geometry measurement research. In this dissertation, based on the principle of invariant light-distance photoelectric autocollimator, the main research contents abo

4、ut research and development of the instrument are as follows.Firstly, based the principle of self-collimation, the framework of the invariant ligh. 更多还原 【关键词】 恒光程； 光电自准直； 小角度测量； 误差分析； 【Key words】 invariant light-distance； Photoelectric autocollimator； Micro Angle Measurement； Error Analysis； 摘要

5、 4-5 Abstract 5 第1章 概论 8-14 1.1 引言 8 1.2 光电自准直仪的发展概况 8-12 1.3 课题来源及本文研究内容 12-14 第2章 光电自准直仪设计方案 14-22 2.1 光电自准直仪的设计要求与总体设计方案 14-16 恒光程光电自准直系统总体设计 14 恒光程光电自准直系统的组成 14-16 2.2 光电自准直仪的测量原理 16-21 自准直原理 16-17 恒光程原理 17-18 恒光程测量系统检测原理 18-21 2.3 本章小结 21-22 第3章 光电自准直系统的搭建 22-32 3.1 光源的选取及分析 22-25 光源的选取 22 半导体激

6、光器光束质量分析 22-23 半导体激光器光强分布特点 23-25 3.2 光电转换器件的选取 25-31 光电转换器件 25-28 QPD 检测原理 28-29 QPD 对系统灵敏度影响的分析 29-31 3.3 本章小结 31-32 第4章 光电自准直仪的软件和硬件设计 32-46 4.1 激光器电源设计 32-36 4.2 光电信号的接收与处理 36-41 信号放大电路设计 36-39 信号提取电路设计 39-41 4.3 测量系统的软件设计 41-45 被测工作台驱动协议 42-43 数据采集及A/D 转换 43-45 4.4 本章小结 45-46 第5章 光电自准直仪精度验证及误差分析 46-59 5.1 光电自准直系统技术指标 46 5.2 光电自准直仪的精度验证 46-50 精度验证的方案设计 46-47 标定试验 47-48 精度验证实验 48-50 5.3 实验结果分析 50-54 运动状态下实验结果分析 50-51 静止状态下实验结果分析 51-54 5.4 误差分析 54-58 测量时的运动误差 54-56 外界光引起的误差 56-5