] 信号检测单兀2包括第二磁光调制器9、偏振分光镜10、第一聚光镜11、第二聚光镜 12、第一光电转换器13以及第二光电转换器14;光源3依次经过准直扩束镜4、起偏器5以及 第一磁光调制器7入射至第二磁光调制器9，然后再进入偏振分光镜10;偏振分光镜10将入 射光分为第一分束光以及第二分束光;第一分束光以及第二分束光理论上为偏振方向相互 垂直、传播方向成一定夹角的线偏振光，不过实际上两束光之间会存在有偏振非正交量;第 一聚光镜11以及第一光电转换器13依次设置在第一分束光的光路上;第二聚光镜12以及第 二光电转换器14依次设置在第二分束光的光路上。第一磁光调制器7和第二磁光调制器9均 包括磁旋光玻璃以及环绕设置在磁旋光玻璃周围的调制线圈。
[0042]本发明提供了一种基于双磁光调制的精密测角方法，该精密测角方法包括：
[0043] 1)由光源3发射出光强为Ιο的光束；
[0044] 2)对步骤1)中的光束进行准直扩束，得到准直光；
[0045] 3)将准直光进行起偏并得到线偏振光；
[0046] 4)对线偏振光进行第一次磁光调制，得到调制信号光a;
[0047] 5)对所得的调制信号光a进行第二次磁光调制，得到调制信号光b;
[0048] 6)将调制信号光b进行偏振分束，得到光强分别为1。、16的两束光；
[0049] 7)对两束光分别使用聚光透镜进行会聚；
[0050] 8)第一分束光经聚光透镜会聚后通过光电转换器转换成模拟电信号;第二分束光 经聚光透镜后通过光电转换器也转换成模拟电信号;所述模拟电信号包括交流分量以及直 流分量；
[0051] 9)解算检偏器光轴与X轴的方位角α。具体实现方式是：
[0052] 两路输出光经贝塞尔函数展开后，其基本形式如下：
[0053]
[0054]
[0055]
[0056] 得出1
即得出所测量的角度值；
[0057] 其中：
[0058] α是检偏器与X轴之间的方位角；ε是两分束光之间的偏振非正交量；ω1、ω2分别 是两次磁光调制的调制频率;I。是第一分束光光强度信号经过光电转换器转换成的模拟电 信号；Ie是第二分束光光强度信号经过光电转换器转换成的模拟电信号；
[0059] I〇De、lEDe分别为两束光的直流信号分量;Ι〇ω1、Ι〇ω2、?Εω1、?Εω2分别为经磁场调制后 的基频模拟电信号分量；
[0060]
丨分别为"和频"与"差频"模拟电 信号分量；t是时间；其余均为觯算α值所设的中间变量。
【主权项】
1. 一种基于双磁光调制的精密测角装置，其特征在于:所述精密测角装置包括偏振光 信号发射单元以及设置在偏振光信号发射单元出射光路上的信号检测单元;所述偏振光信 号发射单元包括光源、准直扩束镜、起偏器以及第一磁光调制器;所述准直扩束镜、起偏器 以及磁光调制器依次设置在经光源发出的出射光的光路上。2. 根据权利要求1所述的基于双磁光调制的精密测角装置，其特征在于:所述信号检测 单7Π 包括第二磁光调制器、偏振分光镜、第一聚光镜、第二聚光镜、第一光电转换器以及第 二光电转换器;所述光源依次经过准直扩束镜、起偏器以及第一磁光调制器入射至第二磁 光调制器，再进入偏振分光棱镜； 所述偏振分光镜将入射光分为第一分束光以及第二分束光;所述第一聚光镜以及第一 光电转换器依次设置在第一分束光的光路上;所述第二聚光镜以及第二光电转换器依次设 置在第二分束光的光路上。3. 根据权利要求1或2所述的基于双磁光调制的精密测角装置，其特征在于:所述第一 磁光调制器和第二磁光调制器均包括磁旋光玻璃以及环绕设置在磁旋光玻璃周围的调制 线圈。4. 一种基于双磁光调制的精密测角方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤： 1) 由光源发射出光强为1〇的光束； 2) 对步骤1)中的光束进行准直扩束，得到准直光； 3) 将准直光进行起偏并得到线偏振光； 4) 对线偏振光进行第一次磁光调制，得到调制信号光a; 5) 对所得的调制信号光a进行第二次磁光调制，得到调制信号光b; 6) 使用渥拉斯顿棱镜将调制信号光b进行偏振分束，得到光强分别为1。、16的两束光； 7) 对步骤6)中的两束光分别使用聚光透镜进行会聚； 8) 第一分束光经聚光透镜会聚后通过光电转换器转换成模拟电信号;第二分束光经聚 光透镜后通过光电转换器也转换成模拟电信号;模拟电信号包括交流分量以及直流分量； 9) 解算检偏器光轴与X轴的方位角α。5. 根据权利要求4所述的基于双磁光调制的精密测角方法，其特征在于:所述步骤8)的 具体实现方式是： "和频"与"差频"分量包含正弦函数，通过转动α使"和频"与"差频"分量的幅值发生改 变，当它们的幅值与基频相近时，将两路信号输入到信号处理电路进行步骤9)。6. 根据权利要求5所述的基于双磁光调制的精密测角方法，其特征在于:所述步骤9)的 具体实现方式是： 9.1) 将步骤8)所得到的两路电信号模拟量输入到信号处理电路中，通过增强光源功率 和调整放大电路倍数使它们的幅值显著增强； 9.2) 在通过电路控制使两路模拟电信号量的放大倍数相同； 9.3) 对两路信号进行进一步的处理和分析，解算出所测的方位角的角度值，并将其输 出。7. 根据权利要求6所述的基于双磁光调制的精密测角方法，其特征在于:步骤9.3)中信 号处理电路对方位角的解算方法具体实现方式是： 两路输出光经贝塞尔函数展开后，其基本形式如下： 设：得出<J卩得出所测量的角度值； 其中： α是检偏器与X轴之间的方位角；ε是两分束光之间的偏振非正交量；ω 1、ω 2分别是两 次磁光调制的调制频率；I。是第一分束光光强度信号经过光电转换器转换成的模拟电信 号；Ie是第二分束光光强度信号经过光电转换器转换成的模拟电信号；分别为两束光的直流信号分量；分别为经磁场调制后的基 频模拟电信号分量；分别为"和频"与"差频"模拟电信号 分量;t是时间；其余均为解算α值所设的中间变量。
【专利摘要】本发明是一种基于双磁光调制的精密测角装置，包括偏振光信号发射单元以及设置在偏振光信号发射单元出射光路上的信号检测单元；偏振光信号发射单元包括光源、准直扩束镜、起偏器以及第一磁光调制器；准直扩束镜、起偏器以及磁光调制器依次设置在经光源发出的出射光的光路上。本发明提供了一种精密测角装置及方法，采用的是偏振光调制技术，具体实现方式是采用双磁光调制技术，该技术将光强度变化的频率作为角度信号的载体，从而使直接测量强度信号变为测量频率信号，通过信号处理来实现高精度角度测量。本发明具有测角速度快、灵敏度高以及作用距离远等特点。
【IPC分类】G01B11/26
【公开号】CN105466363
【申请号】CN201510957645
【发明人】陆卫国, 魏永静, 肖茂森, 王海霞
【申请人】中国科学院西安光学精密机械研究所
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月18日