【正文】 和光接收裝置。光發(fā)射裝置包括激光器，激光器導(dǎo)軌和精密轉(zhuǎn)臺。光接受裝置包括四象限探測器，數(shù)據(jù)采集卡和計算機顯示。1. 使激光束垂直也轉(zhuǎn)臺。把精密轉(zhuǎn)臺安裝在測試架后，首先調(diào)節(jié)激光束的同軸度，打開激光器，旋轉(zhuǎn)精密轉(zhuǎn)臺，如果激光束不在精密轉(zhuǎn)臺中心且和轉(zhuǎn)臺的軸線重合，就會跟著轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，此時可以調(diào)節(jié)激光發(fā)射器的調(diào)節(jié)螺栓和精密轉(zhuǎn)臺的俯仰調(diào)節(jié)螺栓，直到激光束不是旋轉(zhuǎn)而是匯聚于一點時，激光束就垂直于轉(zhuǎn)臺[25]。2. 使回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的軸線與精密轉(zhuǎn)臺垂直。當(dāng)激光束垂直轉(zhuǎn)臺后，把激光器固定，激光發(fā)射方向與轉(zhuǎn)臺垂直。把激光束與轉(zhuǎn)臺固定在一起，調(diào)節(jié)精密轉(zhuǎn)臺的X，Y方向調(diào)節(jié)螺栓，使激光束通過兩個十字分劃鏡，這兩個十子分劃鏡分別為理想回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的兩端中心。當(dāng)轉(zhuǎn)臺中心發(fā)出的激光束和回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的中心三點共線，則回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的軸線與精密轉(zhuǎn)臺垂直。3. 使射到四象限探測器的激光束與回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的軸線平行。當(dāng)激光束和回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的軸線重合后，把激光器沿導(dǎo)軌移到理想回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的半徑處，在理想回轉(zhuǎn)體構(gòu)件凸臺上安裝一個反射鏡，且使反射鏡和四象限探測器在同一個半徑上。凸臺在加工時精度要求和回轉(zhuǎn)體構(gòu)件 軸線垂直，反射鏡軸線與回轉(zhuǎn)體構(gòu)件軸線平行，此時從激光器發(fā)射的激光束射到反射鏡上，利用自激光準(zhǔn)直原理，當(dāng)激光器的入射光與反射光重合時，射到反射鏡的激光束就與回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的軸線平行。則測量時射到探測器上的激光束與回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的軸線平行。4. 上面三步完成了對發(fā)射裝置的調(diào)節(jié)，在安裝四象限探測器前先對探測器的性能進行檢測，給四象限探測器QP50—6SD的PAD1 加偏置電壓，實驗時選擇+5V。PAD2為（V3+V4）－（V1+V2）的輸出， PAD3為（V2+V3）－（V1+V4）的輸出，PAD4為（V1+V2+V3+V4）的輸出。此三路信號與數(shù)據(jù)采集卡[29]。PMD1208LS連接。PAD5加+15V，PAD6接地，PAD7加－15V。把PMD1208LS通過數(shù)據(jù)線與計算機相連，把激光束射向四象限探測器，三路信號的輸出通過計算機軟件的實現(xiàn)能從顯示器上直接讀出，當(dāng)無激光照射時，理想情況是PAD2和PAD3輸出為0，但由于制作工藝和背景光的影響。5. 檢測后把四象限探測器安裝在理想回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的兩點處，把精密轉(zhuǎn)臺和步進電機控制器連接，此時就可以進行測量了。用SC100控制器啟動步進電機， ， PAD4為（V1+V2+V3+V4）的輸出，由PAD4判斷是否激光束照射到四象限探測器的中心，對于四象限探測器，PAD4顯示為0 有兩種可能。此時可以讀出電機轉(zhuǎn)過的精確角度。5 誤差因素分析本設(shè)計中的誤差主要包括四象限探測器誤差，激光束是否垂直與精密轉(zhuǎn)臺所造成的誤差，以及機械裝配所造成的誤差。其中四象限探測器的誤差影響因素主要有背景光、探測器的暗電流及噪聲、放大器的噪聲等[28]。1. 背景光的影響。背景光對探測器的影響是非常大的。背景光中含有各種波長的光，探測器不僅對某一波長的光有響應(yīng)，而且對附近波長的光也有響應(yīng)。由于激光比較弱，相應(yīng)的放大器的放大倍數(shù)就比較大，探測器的探測到有用光的同時也探測到無用的背景光，送入放大器一起放大。這對目標(biāo)方位調(diào)整有一定的影響。實驗證明，晚上比白天工作效果好。解決背景光的一個有效措施是對激光進行調(diào)制。我們在白天做實驗時采取了一些光學(xué)措施，較好地解決了問題。在實驗中得出：當(dāng)激光束照射到探測器的中心時，探測器的輸出信號并不為0。由于系統(tǒng)中精密轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)起停就是又PAD2及PAD3的輸出來判斷的，所以此誤差因素可以通過軟件來消除，[29]。2. 四象限探測器。四象限探測器是在一個光敏面上用十字溝道隔成四個象限的。十字溝道是盲區(qū)，其聚焦太小時，就可能落在盲點上造成錯誤判斷。四象限算得的位置偏移和光斑中心位置的線性程度受光斑大小和形狀的影響，束斑半徑取r=R/2，R為四象限光敏面的半徑[30]。3. 激光束的同軸度誤差。測試過程中要求激光束垂直于精密轉(zhuǎn)臺，激光束的同軸度可以有實驗測出。把激光束的長度L和旋轉(zhuǎn)的半徑R可以測出，則同軸度α可得出[31]。如圖所示： （10） 激光束的同軸度誤差主要在沿理想回轉(zhuǎn)構(gòu)件的切線方向上引起誤差，當(dāng)激光束有一α的偏差時，對測試轉(zhuǎn)角引起的誤差由以下公式得到： （11） 其中：為理想回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的長度，為理想回轉(zhuǎn)構(gòu)件的半徑，為同軸度引起的誤差[32]。4. 精密轉(zhuǎn)臺的誤差 精密轉(zhuǎn)臺是一機械裝置，在運轉(zhuǎn)時急停有慣性。照在探測器上的光點比較小，探測器對位置的偏差很敏感，這就造成精密轉(zhuǎn)臺有時來回振動，測量系統(tǒng)探測的光斑也就來回擺動，影響了測量。本設(shè)計選用的是北京光學(xué)儀器廠的MRS102，[33]。6 結(jié)論與展望 本課題用光電測試法解決了空間角度測試問題，精度高、響應(yīng)速度快，并且激光信號抗干擾能力強。在設(shè)計中選用的四象限探測器于后級處理電路集成在一塊板子上，使用方便，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于操作。在設(shè)計中，四象限探測器的輸出信號通過數(shù)據(jù)采集卡與計算機相連接，探測器的輸出信號直接通過軟件由顯示器顯示出來。根據(jù)此信號來控制步進電機的起停。從而測量出旋轉(zhuǎn)角度。本設(shè)計中的步進電機的起停是由手動操作步進電機控制器來實現(xiàn)的，在以后的設(shè)計中可以直接通過軟件編程，用計算機實現(xiàn)控制全過程，這樣可以更迅速，準(zhǔn)確的測出角度。參 考 文 獻[1] 張琢 李鵬生. 測角技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展概況 .宇航計測技術(shù)，1994[2] ,1990[3] 2000(3)[4] 孫祖寶 .光柵測角儀 機械工業(yè)出版社，1988[5] 花國梁 .精密測量技術(shù) .北京：中國計量出版社，1990[6] 葉聲華 .激光在精密計量中的應(yīng)用 .北京：機械工業(yè)出版社，1984[7] 強錫富 .傳感器 .北京：機械工業(yè)出版社，1982[8] 施涌潮 .，1986（2）[9] 呂海寶 . 激光光電檢測 . 長沙： 國防科技大學(xué)出版社. 2000 ，[10] [11] 張蓉 聶文杰 [12] ALB系列精密平移臺 . [13] . [14] ，1996（5）：[15] 王東生 .四象限探測器用于小角度測量 .光學(xué)儀表學(xué)報，2002[16] QP50—6SD.[17] ，1996（2）：[18] ：解放軍出版社，2000[19] ：重慶大學(xué)出版社，1991[20] ：解放軍科學(xué)出版社，1995[21] ：軍事科學(xué)出版社，1995[22] ，1996（5）[23] ：海潮出版社，2000[24] ：[25] ：中國計量出版社，1991[26] ，1996（3）[27] ，1995（5）[28] ，1999（3）：[29] ：人民郵電出版社，1987[30] 中國激光網(wǎng) .激光器詳解 [31] 錢建強 惠梅 王東生 .四象限探測器用于小角度測量 .光學(xué)儀表學(xué)報，2002，23（3）增刊[32] ：[33] MRS102精密電控旋轉(zhuǎn)臺. 致謝在本文完成之際，謹(jǐn)向所有曾給予我指導(dǎo)和幫助的師長、同學(xué)和親人致以衷心的感謝！本文是在導(dǎo)師劉吉老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文選題直到論文定稿自始至終都得到了導(dǎo)師的精心指導(dǎo)，全文凝聚了導(dǎo)師的心血。在近四個月的畢業(yè)設(shè)計期間，我得到了老師的諄諄教誨和無微不至的關(guān)懷，他們對論文的最終完成給予了大量指導(dǎo)和幫助。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、深厚的專業(yè)知識、活躍并富有啟發(fā)性的思維方式以及平易近人的風(fēng)格深深感染著我、激勵著我；同時他們對工作的積極熱情、認(rèn)真負(fù)責(zé)、有條不紊的態(tài)度，給我留下了深刻的印象，必將使我受益終身。對導(dǎo)師的感激之情溢于言表，在此我謹(jǐn)向劉吉老師表示最由衷的感謝！同時，我要感謝本學(xué)院給我們授課的各位老師。正是由于他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學(xué)到了專業(yè)知識，并從他們身上學(xué)到了如何求知治學(xué)、如何為人處事。我也要感謝我的母校中北大學(xué)，是她提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的大學(xué)生活豐富多姿，為我的人生留下精彩的一筆！最后，謹(jǐn)向百忙中抽出寶貴時間評審本文的各位專家、老師致以誠摯的謝意！