一种旋转轴转动角度检测装置的制作方法

本实用新型涉及检测技术领域，尤其涉及一种旋转轴转动角度检测装置。

背景技术：

旋转轴是设备进行转动时的重要零件，很多时候我们会有对旋转轴转动角度进行测量的需要，因此旋转轴转动角度检测装置广泛应用于工业、探测，机械、军事、海事等各个方面。

现有的角度检测装置大多是器械专用的角度检测装置，很少涉及到对旋转轴旋转角度的检测。如仅适用于起重机吊装角度检测的起重机吊装角度检测装置，和只能对气缸体斜油孔角度进行检测的缸体斜油孔角度检测专用检具。现有的角度检测装置与旋转轴连接在一起，会在旋转轴的实际转动过程中增加摩擦损失，影响到旋转轴的转动，而且目前的角度检测装置占据体积通常都比较大，并不利于人们根据具体需求来进行个性化安装。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种旋转轴转动角度检测装置，可以解决现有技术的角度检测装置与旋转轴连接在一起，从而影响旋转轴转动的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种旋转轴转动角度检测装置，其特征在于，所述检测装置包括激光出射装置、贴合装置和处理显示装置；

所述激光出射装置用于产生预设波长的激光光束，并将所述激光光束调节为圆偏振光；

所述贴合装置包括对称安装的第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜的镜面与所述第二棱镜的镜面垂直，所述第一棱镜的一侧与所述第二棱镜的一侧接触，所述贴合装置固定在被测物体上且所述第一棱镜与所述第二棱镜的相接线与所述被测物体的旋转轴处于同一直线上，所述圆偏振光射入所述贴合装置，经所述第一棱镜反射和所述第二棱镜反射后输出椭圆偏振光；

所述椭圆偏振光射入所述处理显示装置，所述处理显示装置将所述椭圆偏振光调节为线偏振光并进行滤波，并基于滤波后的所述线偏振光测量s光与p光的光强差，基于所述光强差确定所述被测物体的转动角度。

本实用新型提供一种旋转轴转动角度检测装置，由于贴合装置固定在被测物体上，且贴合装置上第一棱镜与第二棱镜的相接线与被测物体的旋转轴处于一条直线上，同时贴合装置关于该直线轴对称，不会在被测物体转动的过程中增加摩擦力，因此，贴合装置跟随物体转动但不影响物体转动，利用激光照射在贴合装置上，经过第一棱镜的反射和第二棱镜的反射后得到椭圆偏振光，处理显示装置能够根据该椭圆偏振光得到被测物体的转动角度，且该装置可以简便的安装在任何物体上，具有普遍性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中一种旋转轴转动角度检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中贴合装置2的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中激光出射装置1的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中处理显示装置3的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中入射光、反射光和折射光内P，S，k正交系的选取示意图；

图6为本实用新型实施例中不同入射角度的圆偏振光反射后的椭偏度的关系示意图；

图7为本实用新型实施例中不同入射角度的圆偏振光两次反射后的椭偏度示意图；

图8为本实用新型实施例中不同入射角度的圆偏振光两次反射后的相对椭偏度示意图。

具体实施方式

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

由于现有技术中存在角度检测装置与旋转轴连接在一起，从而影响旋转轴转动的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种旋转轴转动角度检测装置，由于贴合装置固定在被测物体上，且贴合装置上第一棱镜与第二棱镜的相接线与被测物体的旋转轴处于一条直线上，同时贴合装置关于该直线轴对称，不会在被测物体转动的过程中增加摩擦力，因此，贴合装置跟随物体转动但不影响物体转动，利用激光照射在贴合装置上，经过第一棱镜的反射和第二棱镜的反射后得到椭圆偏振光，处理显示装置能够根据该椭圆偏振光得到被测物体的转动角度，且该装置可以简便的安装在任何物体上，具有普遍性。

请参阅图1，为本实用新型实施例中一种旋转轴转动角度检测装置的结构示意图。该检测装置包括激光出射装置1、贴合装置2和处理显示装置3；

激光出射装置1用于产生预设波长的激光光束，并将激光光束调节为圆偏振光；

请结合参阅图2，为本实用新型实施例中贴合装置2的结构示意图。

贴合装置2包括对称安装的第一棱镜21和第二棱镜22，第一棱镜21的镜面与第二棱镜22的镜面垂直，第一棱镜21的一侧与第二棱镜22的一侧接触，贴合装置2固定在被测物体上且第一棱镜21与第二棱镜22的相接线与被测物体的旋转轴处于同一直线上，圆偏振光射入贴合装置2，经第一棱镜21反射和第二棱镜22反射后输出椭圆偏振光；

椭圆偏振光射入处理显示装置3，处理显示装置3将椭圆偏振光调节为线偏振光并进行滤波，并基于滤波后的线偏振光测量s光(senkrecht，垂直光)与p光(parallel，平行光)的光强差，基于光强差确定被测物体的转动角度。

需要说明的是，贴合装置2中，圆偏振光入射至第一棱镜21，经第一棱镜21初次反射后射入至第二棱镜22，经第二棱镜22进行第二次反射后，输出椭圆偏振光，且初次反射的反射面与第二次反射的反射面相互垂直，椭圆偏振光的椭偏度随圆偏振光入射至第一棱镜21上的入射角度的变化而变化。由于该椭圆偏振光与圆偏振光的入射角度有关，因此该椭圆偏振光包含了被测物体的转动角度信息，该椭圆偏振光射入处理显示装置3，处理显示装置3根据椭圆偏振光得到被测物体的转动角度。

进一步的，请参阅图3，为本实用新型实施例中激光出射装置1的结构示意图。

激光出射装置1包括激光器11、扩束器12、和偏振调节单元13；

激光器11用于产生激光光束，激光光束经过扩束器12进行光束直径扩大后射入偏振调节单元13，偏振调节单元13用于将直径扩大后的激光光束调节为圆偏振光。

进一步的，偏振调节单元13包括偏振片131和第一四分之一波片132；

扩束器12出射的光束射入偏振片131，经偏振片131进行线偏振调节后射入第一四分之一波片132，经第一四分之一波片132进行圆偏振调节后输出圆偏振光。

进一步的，贴合装置2还包括棱镜固定座23；

棱镜固定座23的两侧对称设置有第一凹槽和与第二凹槽，第一棱镜21固定在第一凹槽内，第二棱镜22固定在所述第二凹槽内，第一棱镜21与第二棱镜22对称且第一棱镜21的镜面与第二棱镜22的镜面垂直，第一棱镜21的一侧与第二棱镜22的一侧接触且相接线与被测物体的旋转轴处于同一直线上；

圆偏振光入射至第一棱镜21，经第一棱镜21反射后入射至第二棱镜22，经第二棱镜22反射后输出椭圆偏振光。

需要说明的是，为便于理解，说明书附图中有关贴合装置2的部分均采用俯视示意图，第一棱镜21和第二棱镜22匹配安装在棱镜固定座23上，且整个贴合装置2关于旋转轴轴对称，具有稳定性。

进一步的，请参阅图4，为本实用新型实施例中处理显示装置3的结构示意图。

处理显示装置3包括偏振滤波单元31和测量显示单元32；

椭圆偏振光射入偏振滤波单元31，经偏振滤波单元31进行线偏振光调节和滤波调节后输出单色线偏振光，单色线偏振光射入测量显示单元32，测量显示单元32用于将单色线偏振光分解为s光和p光并计算s光和p光的光强差，基于光强差计算相对椭偏度，并基于相对椭偏度得到转动角度，相对椭偏度为转动角度的椭偏度与最大椭偏度之比。

进一步的，偏振滤波单元31包括第二四分之一波片311和窄带滤波片312；

椭圆偏振光射入第二四分之一波片311，经第二四分之一波片311调节为线偏振光；

线偏振光射入窄带滤波片312，经窄带滤波片312滤除预设波长之外的杂光后得到单色线偏振光。

进一步的，测量显示单元32包括探测器321和显示单元322；

单色线偏振光射入探测器321，探测器321将单色线偏振光分解为s光和p光，并测量s光与p光的光强差，显示单元322基于光强差计算相对椭偏度，并基于相对椭偏度得到转动角度。

进一步的，探测器321为平衡放大光电探测器。

需要说明的是，探测器321能将接收到的光信号转化成电信号输出到显示单元322。探测器321本身具有偏振分束装置，能将单色线偏振光分解为s光与p光，并基于s光与p光的光强差产生一个正比于该光强差的输出电压，该输出电压输入显示单元322，显示单元322能基于该光强差和在安装后记录的最大光强差计算相对椭偏度，从而得到被测物体的转动角度。

进一步的，第一棱镜21和第二棱镜22均为直角棱镜。

需要说明的是，圆偏振光入射至第一棱镜21上，经过两次反射后输出的椭圆偏振光的椭偏度与入射角度的关系是根据菲涅尔公式计算得到的。请参阅图5，为本实用新型实施例中入射光、反射光和折射光内P，S，k正交系的选取示意图。

假设由平面界面分开的电介质1和电介质2的折射率分别为n1和n2，平行光从介质1的一侧入射至介质2，在界面处发生反射和折射，取x轴在入射面内，y轴垂直于入射面向外，z轴在入射面内，垂直于平面界面，向介质2方向，x，y，z构成右手正交系，设入射角、反射角和折射角分别为i1，i'1和i2，i'1＝i1，n1sini'1＝n2sini2，即对于每束光而言，要求按P，S，k的顺序组成右手正交系，由于光学检测过程主要测量的都是电矢量，需要把入射光、反射光和折射光的电矢量E1，E'1和E2分解为p分量和s分量，它们的正负都是相对于各自的基矢方向而言的。在此基础上，仅考虑反射情况。由电磁场的边值关系可以导出，在界面两侧邻近点的入射场和反射场各分量满足如下关系：

式中n1和n2为界面两侧介质折射率，i1和i2为入射角和反射角，E1p和E’1p分别表示p方向入射电矢量和p方向反射电矢量，E1s和E’1s分别表示s方向入射电矢量和s方向反射电矢量，上述公式为菲涅尔反射公式，在反射过程中，p分量和s分量的振动是相互独立的。式中的各个场分量可以理解为复振幅，它们的时间频率是相同的，因此圆偏振光可以看成p分量和s分量强度相同光的叠加，因此反射后椭圆偏振光的长半轴和短半轴之比为：

根据该公式可以得到不同入射角度的圆偏振光反射后的椭偏度随入射角度变化关系如图6，图6为本实用新型实施例中不同入射角度的圆偏振光反射后的椭偏度的关系示意图。

圆偏振光射入贴合装置2，经第一棱镜21反射和第二棱镜22反射后输出椭圆偏振光，椭圆偏振光射入处理显示装置3，处理显示装置3将椭圆偏振光调节为线偏振光并进行滤波，并基于滤波后的线偏振光测量s光与p光的光强差，从而确定被测物体的转动角度。圆偏振光在传输过程中，经历了两次反射，且两次反射的入射角相加为90度。因此，两次反射后光束椭偏度与第一次入射角的关系如图7所示，图7为本实用新型实施例中不同入射角度的圆偏振光两次反射后的椭偏度示意图。

具体的，本检测装置对被测物体的转动角度的检测范围为0到45度。将椭偏度数值和最大椭偏度数值进行相除后得到图8，为本实用新型实施例中不同入射角度的圆偏振光两次反射后的相对椭偏度示意图。基于此，显示单元322基于光强差计算相对椭偏度，并基于相对椭偏度得到转动角度。

在实际安装过程中，贴合装置2放置时，贴合装置2固定在被测物体上且第一棱镜21与第二棱镜22的相接线与被测物体的旋转轴处于同一直线上，因此，第一棱镜21与第二棱镜22的相接线即为贴合装置的旋转轴。本检测装置贴合装置2与被测物体连接，激光出射装置1和处理显示装置3放置在被测物体之外，不随被测物体的转动而转动，因此，本检测装置对安装环境的要求较低，安装简单方便，同时，贴合装置2为关于旋转轴的轴对称结构，对被测物体的转动影响非常小。在检测的过程中，干扰主要为来自生活中的光，这些干扰光基本为自然光、部分偏振光和线偏振光，当干扰光的波长和激光器11输出的波长相同时，通过第二四分之一波片311后变成圆偏振光，而圆偏振光中s光与p光的光强都相等，探测器321探测到的光强差不会发生变化，避免了干扰；而当干扰光的波长与激光器11输出的波长不相等时，窄带滤波片312滤除，同样不会对本装置产生影响。

在本实用新型实施例中，由于贴合装置2固定在被测物体上，且贴合装置2上第一棱镜21与第二棱镜22的相接线与被测物体的旋转轴处于一条直线上，同时贴合装置2关于该直线轴对称，不会在被测物体转动的过程中增加摩擦力，因此，贴合装置2跟随物体转动但不影响物体转动，利用激光照射在贴合装置2上，经过第一棱镜21的反射和第二棱镜22的反射后得到椭圆偏振光，处理显示装置3能够根据该椭圆偏振光得到被测物体的转动角度，且该装置可以简便的安装在任何物体上，具有普遍性。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本实用新型所提供的一种旋转轴转动角度检测装置的描述，对于本领域的技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。