一种基于偏振光调制的光角位移传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光角位移传感器。
【背景技术】
[0002] 新型光传飞控系统提出了光位移传感器的研制需求。数字光传飞控系统中的关键 部件之一是光学位移传感器，包括用于检测直线位移的光学线位移传感器，和用于检测转 角位移的光学角位移传感器两大类。一架典型的飞机，仅这两类位移传感器就有数十种之 多。这些传感器布线的复杂性和重量的增加都是相当可观的。若使用光学位移传感器，情 况就会得到很大的改善，除了有重量轻和抗外部电磁干扰的优点之外，在传输中，相邻光纤 之间绝对没有相互干扰，因此，布线变得极为简单，并大大提高了工作可靠性。基于光学原 理的角位移传感器种类很多。目前，适用于光传系统的主要有以下两类：光码盘型角位移传 感器和光栅型角位移传感器。
[0003] 光码盘型角位移传感器是直接编码型角位移传感器，数据处理简单，但该传感器 所用的码道多，结构较复杂，所以测量精度和响应速度较低。此类传感器已应用于部分测量 精度不高的场合。光栅型角位移传感器能够测量接近2 的角位移。但该类传感器工艺较 为复杂，仍需要进一步工程化改进，譬如信号解调系统小型化和实用化。
[0004] 以上两种光角位移传感器均含有较复杂的光器件和光路，体积不能做的太小，一 般直径大于20mm，且结构复杂成本较高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是：本文提出一种基于偏振光调制的光角位移传感器，旨在设计一 种全光型角位移传感器，且该传感器可以消除光源强度变化带来的误差。
[0006] 本发明的技术方案为：1.一种基于偏振光调制的光角位移传感器，其特征在于： 该传感器由第一光电转换器1、单色光源2、2X2光纤稱合器3、第二光电转换器4、扩束透 镜5、起偏器6、检偏器7、转轴8和传感器壳体9组成；其中，起偏器6、检偏器7、转轴8安 装于传感器壳体9内；2X2光纤耦合器3将入射光分配传输给第二光电转换器4和扩束透 镜5 ;扩束透镜5将入射光扩束准直后传输到起偏器6 ;起偏器6将入射光调制为线偏振光 后传输到检偏器7 ;检偏器7的一面镀全反射膜用来反射入射光，该面与转轴8固定连接； 初始状态时，起偏器6和检偏器7相互平行且偏振方向一致，当转轴8转动时，检偏器7随 之转动，起偏器6偏振方向固定，使起偏器6和检偏器7上的偏振方向形成一定夹角，根据 马吕斯定律：Mocos 2 e，从而达到对光强的调制，光强和角度关系经过标定后，可通过对 光强的测量来反推出角度大小；经过检偏器7的反射光通过2 X 2光纤耦合器3传输给第一 光电转换器1，将第一光电转换器1与第二光电转换器4分别得到的电信号相比，用来实现 位移误差补偿。
[0007] 本发明的优点是：本发明一种基于偏振光调制的光角位移传感器，其核心器件主 要由两片偏振片组成，传感部件和信号传输均为全光型，因此具有强的抗电磁干扰特性。除 此之外，该传感器结构简单，成本低、易小型化、精度高等优点。且该传感器可以消除光源强 度变化带来的误差。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明新型线位移传感器的结构示意图，
[0009] 1 :光电转换器，2 :单色光源，3 :2X 2光纤稱合器，4:光电转换器，5:扩束透镜，6: 起偏器，7 :检偏器，8 :转轴，9 :传感器壳体。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合说明书附图对本发明做进一步详细说明。请参阅说明书附图1。
[0011] 本发明的结构包括第一光电转换器1、单色光源2、2X 2光纤稱合器3、第二光电转 换器4、扩束透镜5、起偏器6、检偏器7、转轴8和传感器壳体9组成，其中，起偏器6、检偏器 7、转轴8安装于传感器壳体9内；2X2光纤稱合器3将入射光分配传输给第二光电转换器 4和扩束透镜5 ;扩束透镜5将入射光扩束准直后传输到起偏器6 ;起偏器6将入射光调制 为线偏振光后传输到检偏器7;检偏器7的一面镀全反射膜用来反射入射光，该面与转轴8 固定连接，初始状态时，起偏器6和检偏器7相互平行且偏振方向一致，当转轴8转动时，检 偏器7随之转动，起偏器6偏振方向固定。
[0012] 本发明是一种全光型角位移传感器，传感器工作时，单色光源2发出的单色光经 过2X2光纤稱合器3传输给第二光电转换器4和扩束透镜5,扩束透镜5将入射光扩束准 直后依次传输到起偏器6和检偏器7,然后经检偏器7反射后经原光路返回到2 X 2光纤耦 合器3,再由2X2光纤稱合器3传输给第一光电转换器1。
[0013]本发明所述的传感器是一种全光型角位移传感器，其核心器件是由起偏器和检偏 器分别包含的1块同规格偏振片组成，初始状态起偏器和检偏器相互平行且偏振方向一 致，起偏器偏振方向固定，检偏器偏振方向随轴转动。当轴转动时，检偏器随之转动，使得两 块偏振片偏振方向形成一定夹角，根据马吕斯定律：1=1# 〇82 e，从而达到对光强的调制。光 强和角度关系经过标定后，即可通过对光强的测量来反推出角度大小。
[0014]系统设计原理：单色光源2入射2X2光纤耦合器3后一部分进入传感器，光强经 传感器调制后返回被第一光电转换器1接收；一部分经2X 2光纤稱合器3被第二光电转换 器4接收为了消除光源强度波动及环境振动对测量结果的影响，系统中设计用测量光强与 参考光强相比消除影响。假设入射光源强度为1〇,光纤耦合器分光比95 :5,起偏器偏振片 1透过率为0. 5,两偏振片偏振方向夹角为0，耦合、传输和反射损耗不计，则有：
[0015] 单色光源2入射光经2X2光纤稱合器3分配传输透过偏振片6后光强为：
[0016] 1=0. 95X0. 510
[0017]经过偏振片7反射后沿原光路返回到第一光电转换器1信号强度为：
[0018]1^0. 952X0.5I〇cos4 0
[0019] 第二光电转换器4探测到信号强度为：I2=0. 051。
[0020] 第一光电转换器1与第二光电转换器4探测光强度比为：
[0021]
[0022] 探测信号通过处理后变为与光强无关的调制信号，当0在0到90°范围内变化 时，通过标定可得到探测值与角度一一对应关系。
[0023] 传感器中所用的光学器件均不需特殊研制，可选用市场上成熟产品，可大大缩减 传感器研发周期。
[0024] 由以上分析可知，该偏振调制型光角位移传感器可消除光源波动对测量信号的影 响，降低了光源器件选型要求，且可通过选择光纤耦合器分光比来调节信号大小，提高传感 器分辨率。
[0025] 本发明偏振调制型光角位移传感器结构简单，易小型化，对机加工没有苛刻要 求，角分辨率较高，造价低廉。通过以上分析可知该偏振调制型光角位移传感器具有突出 的优点和较强的可行性。基于偏振光调制的光角位移传感器，其核心器件主要由两片偏振 片组成，传感部件和信号传输均为全光型，因此具有强的抗电磁干扰特性。除此之外，该传 感器结构简单，成本低、易小型化、精度高等优点。且该传感器可以消除光源强度变化带来 的误差。
【主权项】
1. 一种基于偏振光调制的光角位移传感器，其特征在于：该传感器由第一光电转换器 (1)、单色光源（2)、2X2光纤耦合器（3)、第二光电转换器（4)、扩束透镜（5)、起偏器（6)、 检偏器（7)、转轴（8)和传感器壳体（9)组成；其中，起偏器（6)、检偏器（7)、转轴（8)安装于 传感器壳体（9)内；2X2光纤稱合器（3)将入射光分配传输给第二光电转换器（4)和扩束 透镜（5);扩束透镜（5)将入射光扩束准直后传输到起偏器（6);起偏器（6)将入射光调制为 线偏振光后传输到检偏器（7);检偏器（7)的一面镀全反射膜用来反射入射光，该面与转轴 (8)固定连接；初始状态时，起偏器（6)和检偏器（7)相互平行且偏振方向一致，当转轴（8) 转动时，检偏器（7 )随之转动，起偏器（6 )偏振方向固定，使起偏器（6 )和检偏器（7 )上的偏 振方向形成一定夹角，根据马吕斯定律=I=IciC0S2 9,从而达到对光强的调制，光强和角度 关系经过标定后，可通过对光强的测量来反推出角度大小；经过检偏器（7)的反射光通过 2X2光纤稱合器（3)传输给第一光电转换器（1 )，将第一光电转换器（1)与第二光电转换器 (4)分别得到的电信号相比，用来实现位移误差补偿。
2. 根据权利要求1所述的一种基于偏振光调制的光角位移传感器，其特征是，起偏器 (6)和检偏器（7)均为圆形线偏振片，规格相同。
【专利摘要】本发明涉及一种基于偏振光调制的光角位移传感器。它由第一光电转换器（1）、单色光源（2）、2×2光纤耦合器（3）、第二光电转换器（4）、扩束透镜（5）、起偏器（6）、检偏器（7）、转轴（8）和传感器壳体（9）组成，复合光栅（6）与壳体（3）之间通过连接板连接。本发明是一种全光型角位移传感器，可通过对光强的测量来反推出角度大小。
【IPC分类】G02B27-28, G01B11-26
【公开号】CN104697471
【申请号】CN201310670761
【发明人】郑普超, 包艳, 李秉实, 张兵, 张超
【申请人】中国航空工业第六一八研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月10日