专利名称：微小角位移测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量仪器，特别涉及一种微小角位移测量仪。
背景技术：
建筑物、桥梁和机械设备等在外力或应力的作用下，将产生微小的角位移，为此，常采用角位移测量仪来进行测量。微小角位移的工作原理为，使测量光束射向被测物体呈镜面反射的表面，然后反射至一位置固定的镜面，当被测物体发生角位移时，反射到固定镜面的测量光束将产生一定的位移，通过测量该位移即可确定被测物体的角位移大小。
但是现有的微小角位移存在灵敏度较差的缺点，特别是当被测物体的角位移很小时，精度不能满足测量要求。

发明内容
本实用新型的目的是提供一种高灵敏度的微小角位移测量仪。
本实用新型的目的通过下列技术方案实现一种微小角位移测量仪，包含安装于被测物体上的角位移反射镜；激光器，其向角位移反射镜发射单色准直的测量激光束；与激光器相对位置保持不变并且与角位移反射镜相对设置的固定反射镜，测量激光束在角位移反射镜与固定反射镜之间作若干次镜面反射；安装于固定反射镜表面的光点检测器，其安装位置位于测量激光束在角位移反射镜与固定反射镜之间作若干次镜面反射之后到达的位置附近。
比较好的是，在上述微小角位移测量仪中，所述固定反射镜由多块位于同一平面上的镜面组成。
更好的是，在上述微小角位移测量仪中，所述光点检测器的安装位置位于测量激光束在角位移反射镜与固定反射镜之间作三次镜面反射之后到达的位置附近。
由于通过测量多次反射后光线在固定反射镜面上的位移来获取微小角位移，因此大大提高了测量灵敏度。而且这种提高灵敏度的方式仅仅是改变了光点检测器与测量仪器内其它单元之间的位置关系，因此实现方便可行，还可降低光点检测器的精度要求，节省了成本。


通过
以下结合附图对本发明较佳实施例的描述，可以进一步理解本发明的目的、特征和优点，其中图1为按照本实用新型的微小角位移测量仪的结构图。
图2为按照本实用新型的微小角位移测量仪的测量光路原理图。
具体实施方式
以下借助附图描述本实用新型的具体实施方式
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图1为按照本实用新型的微小角位移测量仪的结构图。如图1所示，微小角位移测量仪包含激光器1、角位移反射镜2、固定反射镜3和光点检测器4。
由于激光束具有出色的单色性和准直性，因此被普遍应用于光学测量中。基于上述考虑，本实用新型采用激光器1作为产生测量光束的光源。角位移反射镜2安装于诸如建筑物、桥梁和机械设备之类的被测物体上，因此将随被测物体围绕某一转轴的微小转动而转动。固定反射镜3与激光器1的相对位置保持不变，并且与角位移反射镜2相对设置，因此测量激光束在角位移反射镜2与固定反射镜3之间可作镜面反射。光点检测器4安装于固定反射镜3的表面，与普通的微小角位移测量仪不同，其安装位置位于测量激光束在角位移反射镜2与固定反射镜3之间作若干次镜面反射之后到达的位置附近而不是在单次镜面反射之后到达的位置附近。
在上述微小角位移测量仪中，为了方便测量调整，固定反射镜3可以由多块位于同一平面上的镜面组成。
图2为按照本实用新型的微小角位移测量仪的测量光路原理图，这里假设激光束在角位移反射镜2与固定反射镜3之间的反射次数为三次，并用实线表示被测物体发生位移之前的光束路径而用虚线表示被测物体发生位移之后的光束路径。
如图2所示，当被测物体围绕垂直于纸面的Y轴转动一个角度(角位移)α时，激光束经角位移反射镜2反射后入射在固定反射镜3镜面上的位置将发生偏移，其中，经角位移反射镜2第一次反射后的光束在固定反射镜3镜面上沿X方向的偏移为d1，经角位移反射镜2第二次反射后的光束在固定反射镜3镜面上沿X方向的偏移为d2，经角位移反射镜2第三次反射后的光束在固定反射镜3镜面上沿X方向的偏移为d3。当光束在角位移反射镜2与固定反射镜3之间作镜面反射时，根据几何光学原理可知，经角位移反射镜2第n次反射后的光束在固定反射镜3镜面上沿X方向的偏移dn满足下列方程式(1)dn＝2×L×sin(α)×n2(1)这里的L为角位移反射镜2与固定反射镜3的镜面之间的距离，由于角位移α很小，sin(α)≈α，因此上式(1)简化为dn＝2×L×α×n2(2)由式(2)可见，经角位移反射镜2第n次反射后的光束在固定反射镜3镜面上沿X方向的偏移dn正比于反射镜之间的距离L和角位移α，由于被测物体的角位移很小，因此角位移发生前后反射镜2与3之间的距离L可以视为保持不变，因此如果反射次数n一定，则偏移dn仅与角位移α呈线性关系，通过测量偏移即可确定角位移。更为重要的是，偏移dn正比于反射次数n的平方，因此在其它条件不变的情况下，通过增加反射次数，可以大幅度增加偏移dn。例如假设角位移反射镜2与固定反射镜3之间的距离L为5米，当安装于被测物体的角位移反射镜发生10-4弧度的角位移变形时，反射次数n取值为1～5时的偏移分别为d1＝2×5000×10-4＝1(毫米)d2＝d1×22＝4(毫米)
d3＝d1×32＝9(毫米)d4＝d1×42＝16(毫米)d3＝d1×52＝25(毫米)由上可见，n＝3时的偏移即是单次反射时的9倍，因此在其它条件不变的情况下可以使测量灵敏度增加近一个数量级。考虑到光学的衰减和散射，激光束在角位移反射镜2与固定反射镜3之间的反射次数取三次最佳，因此可将光点检测器4安装于测量激光束在角位移反射镜2与固定反射镜3之间作三次镜面反射之后到达的位置附近。当然，为了进一步改善微小角位移测量仪的灵敏度，也可以通过提高激光束的质量和强度来增加允许的反射次数。
权利要求1.一种微小角位移测量仪，其特征在于，包含安装于被测物体上的角位移反射镜；激光器，其向角位移反射镜发射单色准直的测量激光束；与激光器相对位置保持不变并且与角位移反射镜相对的固定反射镜，测量激光束在角位移反射镜与固定反射镜之间作若干次镜面反射；安装于固定反射镜表面的光点检测器，其安装位置位于测量激光束在角位移反射镜与固定反射镜之间作若干次镜面反射之后到达的位置附近。
2.如权利要求1所述的微小角位移测量仪，其特征在于，所述固定反射镜由多块位于同一平面上的镜面组成。
3.如权利要求1或2所述的微小角位移测量仪，其特征在于，所述光点检测器的安装位置位于测量激光束在角位移反射镜与固定反射镜之间作三次镜面反射之后到达的位置附近。
专利摘要一种高灵敏度的微小角位移测量仪，包含安装于被测物体上的角位移反射镜；激光器，其向角位移反射镜发射单色准直的测量激光束；与激光器相对位置保持不变并且与角位移反射镜相对设置的固定反射镜，测量激光束在角位移反射镜与固定反射镜之间作若干次镜面反射；安装于固定反射镜表面的光点检测器，其安装位置位于测量激光束在角位移反射镜与固定反射镜之间作若干次镜面反射之后到达的位置附近。由于通过测量多次反射后光线在固定反射镜面上的位移来获取微小角位移，因此大大提高了测量灵敏度。而且这种提高灵敏度的方式仅仅是改变了光点检测器与测量仪器内其它单元之间的位置关系，因此实现方便可行，还可降低光点检测器的精度要求，节省了成本。
文档编号G01B11/26GK2667457SQ200320122699
公开日2004年12月29日 申请日期2003年12月22日 优先权日2003年12月22日
发明者韩彦民 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所