本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于恒溫環(huán)境的角度校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

激光具有亮度高、方向性好、單色性好、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、精密測(cè)量和探測(cè)、通訊和信息處理、醫(yī)療、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。人們利用激光可以對(duì)材料進(jìn)行加工，在疾病治療中進(jìn)行精細(xì)化的處理等。

隨著社會(huì)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于激光器性能的要求也越來越高，如果可以精細(xì)化的對(duì)激光進(jìn)行操作，則可以在實(shí)際應(yīng)用中更加有針對(duì)性的對(duì)目標(biāo)進(jìn)行操作。目前，激光的方向可以通過改變發(fā)射方向的角度來調(diào)整，然而這種調(diào)整方式大多依賴于激光器自身的硬件及其精密程度，對(duì)于激光方向的操作也局限于通過激光器自身調(diào)整后改變光束的發(fā)射角度，沒有專門針對(duì)光束實(shí)際的發(fā)射角度進(jìn)行校準(zhǔn)，并反作用于激光器自身的校準(zhǔn)，因此校準(zhǔn)精度低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠針對(duì)激光器發(fā)射光束的角度測(cè)量來對(duì)激光器進(jìn)行校準(zhǔn)，減小了裝置體積，提高了校準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性，從而提高了激光器發(fā)射角度的精確性的基于恒溫環(huán)境的角度校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法。

本發(fā)明提供了一種基于恒溫環(huán)境的角度校準(zhǔn)裝置，包括在激光光路方向上依次設(shè)置的激光器、光闌和校準(zhǔn)儀，還包括恒溫箱，光闌和校準(zhǔn)儀設(shè)置于恒溫箱內(nèi)：

校準(zhǔn)儀的第一、二、三、四側(cè)板圍成具有中空腔的矩形結(jié)構(gòu)，其中第一、三側(cè)板相對(duì)且設(shè)置于與激光光路垂直的方向上，第二、四側(cè)板相對(duì)且設(shè)置于與激光光路平行的方向上；第一側(cè)板中心位置具有孔徑為A的開口，相對(duì)設(shè)置的第三側(cè)板的內(nèi)側(cè)設(shè)置有孔徑大于開口孔徑的凸面鏡，凸面鏡的曲面半徑為定值；

光闌具有孔徑B，激光器發(fā)射的激光光束的偏轉(zhuǎn)角滿足一定的角度范圍，使得在角度范圍內(nèi)激光光束能夠通過光闌(即使激光光束具有一定的偏轉(zhuǎn)角度也可通過)；

第一、第二、第四側(cè)板的內(nèi)側(cè)都設(shè)置有標(biāo)尺和所述對(duì)應(yīng)的光感器，光感器感應(yīng)到激光光束時(shí)發(fā)出電信號(hào)發(fā)送至控制器；

在第一、第二、第四側(cè)板的內(nèi)側(cè)的對(duì)應(yīng)光感器上設(shè)置液體層，其中液體層的折射率n₁大于空氣的折射率n₀；

控制器收到電信號(hào)后確定出此時(shí)激光器發(fā)射的激光光束的偏轉(zhuǎn)角并實(shí)時(shí)顯示；

恒溫箱內(nèi)設(shè)置有溫度控制系統(tǒng)，其中溫度控制系統(tǒng)包括溫度傳感單元和制冷單元。

其中，激光器為氣體、液體、固體或半導(dǎo)體激光器。

其中，第一、第二、第四側(cè)板的外側(cè)設(shè)置有與標(biāo)尺刻度對(duì)應(yīng)的指示器。

其中，所述液體層內(nèi)的溶液能夠更換。

其中，溫度傳感單元利用不平衡電橋電路方式實(shí)現(xiàn)。

其中，溫度傳感單元的溫度傳感器為Pt100或Pt1000。

其中，制冷單元為半導(dǎo)體制冷器。

本發(fā)明還提供了一種利用基于恒溫環(huán)境的角度校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)方法，依次包括如下步驟：

(1)打開溫度控制系統(tǒng)，預(yù)熱20分鐘，使得溫控箱內(nèi)的溫度保持在25℃；

(2)控制激光器發(fā)射沒有角度偏轉(zhuǎn)的平行激光光束，使得激光光束通過光闌后照射至凸面鏡的中心，如果光感器沒有感應(yīng)到激光光束，則進(jìn)入步驟(3)；

(3)通過激光器的角度調(diào)整裝置使得發(fā)射的激光光束具有第一角度，使得激光光束通過光闌后照射至凸面鏡；

(4)激光光束經(jīng)凸面鏡發(fā)射后，以第一測(cè)量角發(fā)射，經(jīng)過第一液體層后至第一側(cè)板，第一側(cè)板上的感光器感應(yīng)到激光光束的第一感應(yīng)位置時(shí)，發(fā)出包括有第一位置的第一電信號(hào)至控制器，并且對(duì)應(yīng)刻度的指示器發(fā)光；

(5)激光光束經(jīng)第一側(cè)板發(fā)射后，經(jīng)過第一液體層后以第二測(cè)量角發(fā)射，經(jīng)過第二或第四液體層后至第二或第四側(cè)板，第二或第四側(cè)板上的感光器感應(yīng)到激光光束的第二或第三感應(yīng)位置時(shí)，發(fā)出包括有第二或第三位置的第二或第三電信號(hào)至控制器，并且對(duì)應(yīng)刻度的指示器發(fā)光；

(6)將第一位置對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角和第二或第三位置對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較，如果偏轉(zhuǎn)角相同，則將此偏轉(zhuǎn)角作為校準(zhǔn)角，如果不同則重復(fù)步驟(2)-(5)；

(7)利用校準(zhǔn)角對(duì)角度調(diào)整裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，使得調(diào)整后的角度調(diào)整裝置的調(diào)整參數(shù)與第一角度對(duì)應(yīng)；

(8)控制溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行加熱10分鐘，使得溫控箱內(nèi)的溫度保持在32℃；通過激光器的角度調(diào)整裝置使得發(fā)射的激光光束具有第二角度，重復(fù)步驟(2)-(6)，利用在32℃下，第二角度對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)角對(duì)角度調(diào)整裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，使得調(diào)整后的角度調(diào)整裝置的調(diào)整參數(shù)與第二角度對(duì)應(yīng)，校準(zhǔn)完畢。

本發(fā)明的基于恒溫環(huán)境的角度校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法，可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)激光器發(fā)射光束的角度測(cè)量來對(duì)激光器進(jìn)行校準(zhǔn)，從而提高激光器發(fā)射角度的精確性，并且直觀的指示出對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)角度，和激光器設(shè)置的偏轉(zhuǎn)角直觀對(duì)比，更加便捷；通過液體層的設(shè)置減小了裝置體積，并且更換的方式提高了靈活性，使得校準(zhǔn)更豐富，節(jié)約了空間；溫控系統(tǒng)的設(shè)置使得裝置性能更加穩(wěn)定，校準(zhǔn)更準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1為基于恒溫環(huán)境的角度校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為基于恒溫環(huán)境的角度校準(zhǔn)裝置原理示意圖

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施，有必要在此指出的是，以下實(shí)施只是用于本發(fā)明的進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍然屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供了一種激光器基于恒溫環(huán)境的角度校準(zhǔn)裝置及其方法，如圖1所示，激光器基于恒溫環(huán)境的角度校準(zhǔn)裝置包括在激光光路方向上依次設(shè)置的激光器1、光闌和校準(zhǔn)儀2，以及恒溫箱7，光闌和校準(zhǔn)儀2設(shè)置于恒溫箱內(nèi)，其中校準(zhǔn)儀2的結(jié)構(gòu)如圖1所示，校準(zhǔn)儀的第一、二、三、四側(cè)板圍成具有中空腔的矩形結(jié)構(gòu)，其中第一、三側(cè)板相對(duì)且設(shè)置于與激光光路垂直的方向上，第二、四側(cè)板相對(duì)且設(shè)置于與激光光路平行的方向上；第一側(cè)板中心位置具有一孔徑為A的開口，相對(duì)設(shè)置的第三側(cè)板的內(nèi)側(cè)設(shè)置有孔徑大于開口孔徑的凸面鏡3，激光器發(fā)射的激光光束經(jīng)光闌后通過開口，然后照射于凸面鏡3上，凸面鏡3將光束反射后照射于第一側(cè)板上，經(jīng)第一側(cè)板反射后再照射于第二或第四側(cè)板上；光闌具有孔徑B，其設(shè)置可以將濾除背景雜光的同時(shí)，保證激光器發(fā)射的激光束能夠通過(即使激光光束具有一定的偏轉(zhuǎn)角度)，并且激光器發(fā)射的激光光束的偏轉(zhuǎn)角滿足一定的角度范圍，經(jīng)過光闌后的激光光束如果沒有偏轉(zhuǎn)角度，并且直接照射至凸面鏡3的中心位置，則激光光束按照原路徑返回，在校準(zhǔn)的過程中，通過激光器自身的發(fā)射光束角度校正裝置來調(diào)整激光器的激光發(fā)射角度，從而改變激光器的激光光束的發(fā)射角度，激光光束通過光闌后照射到凸面鏡3上，經(jīng)反射后就會(huì)改變光束路徑后照射到第一側(cè)板上。

校準(zhǔn)儀2的結(jié)構(gòu)是固定設(shè)計(jì)的，凸面鏡3的曲面半徑也是設(shè)計(jì)后的定值，因此以一定角度照射到凸面鏡3的激光光束會(huì)以固定的角度反射，因?yàn)樾?zhǔn)儀2的結(jié)構(gòu)固定，所以在中空腔內(nèi)凸面鏡3到第一側(cè)板和第一側(cè)板到第二或第四側(cè)板的路徑也是固定的，路徑的長(zhǎng)度也是固定的，并且第一側(cè)板和第二或第四側(cè)板的反射點(diǎn)也是固定的，因此通過光學(xué)設(shè)計(jì)，將校準(zhǔn)儀事先進(jìn)行定標(biāo)，利用定標(biāo)后的結(jié)構(gòu)和光路角度和長(zhǎng)度關(guān)系就可以得到激光器的光束的偏轉(zhuǎn)角，從而通過偏轉(zhuǎn)角的計(jì)算值，來校準(zhǔn)激光器自身的角度調(diào)整裝置，從而實(shí)現(xiàn)激光器的校準(zhǔn)。

如圖1所示，在具體的實(shí)現(xiàn)時(shí)，第一、第二、第四側(cè)板的內(nèi)側(cè)都設(shè)置有標(biāo)尺和對(duì)應(yīng)光感器，光感器感應(yīng)到激光光束時(shí)發(fā)出電信號(hào)發(fā)送至控制器(圖中未示出)，控制器收到電信號(hào)后確定出此時(shí)激光器發(fā)射的激光光束的偏轉(zhuǎn)角并實(shí)時(shí)顯示，此外第一、第二、第四側(cè)板的外側(cè)設(shè)置有與標(biāo)尺刻度對(duì)應(yīng)的指示器，在校準(zhǔn)的過程中，感應(yīng)器感應(yīng)到激光光束的同時(shí)，對(duì)應(yīng)標(biāo)尺刻度的指示器發(fā)光，從而可以直觀的讀出相對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角，從而與激光器調(diào)整裝置的調(diào)整參數(shù)進(jìn)行比較，通過校準(zhǔn)調(diào)整裝置來實(shí)現(xiàn)激光器的校準(zhǔn)。

結(jié)合圖2所示，凸面鏡的設(shè)置使得入射角經(jīng)反射后具有更大的角度出射，這樣在第一側(cè)板的接收時(shí)，就需要第一側(cè)板足夠長(zhǎng)，但是過長(zhǎng)得側(cè)板長(zhǎng)度會(huì)增加體積，并且會(huì)降低測(cè)量的效率，因此在第一、第二、第四側(cè)板的內(nèi)側(cè)的對(duì)應(yīng)光感器上設(shè)置液體層，液體層的層壁為厚度極小的透明玻璃，因?yàn)楹穸葮O小，所以其對(duì)光路的影響忽略不計(jì)，根據(jù)Snell原則：n₀sinθ₀＝n₁sinθ₁，其中n₀和n₁分別為空氣和液體層內(nèi)液體的折射率，θ₀和θ₁分別為入射角和出射角，那么如果液體層內(nèi)液體的折射率n₁大于n₀，則出射角的角度會(huì)變小，相應(yīng)的如果在同樣的入射角范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)的光感器的設(shè)置長(zhǎng)度可以減小，那么相應(yīng)的側(cè)板的長(zhǎng)度就可以設(shè)置減小。

此外，如果只是設(shè)置具有折射率大于空氣折射率的介質(zhì)層，則會(huì)受到介質(zhì)材料和屬性的約束，例如只能是固定折射率的某一種介質(zhì)，然而由于液體可以是具有溶質(zhì)的溶液，那么可以通過添加不同的類型和不同的量的溶質(zhì)來改變?nèi)芤旱男再|(zhì)，從而配置需要的折射率，優(yōu)化光路。溫度的變化波動(dòng)會(huì)影響液體的折射率，液體的射射率具有相對(duì)高的導(dǎo)熱系數(shù)dn/dt，例如水的導(dǎo)熱系數(shù)為8×10^-4℃，即溫度每變化1℃，折射率改變0.0008，因此需要設(shè)置相應(yīng)的溫控系統(tǒng)來保證穩(wěn)定的溫度環(huán)境，其中溫控系統(tǒng)中的溫度傳感單元利用不平衡電橋電路方式實(shí)現(xiàn)，溫度傳感器選擇Pt100或Pt1000，制冷單元為半導(dǎo)體制冷器，利用這種方式的溫控系統(tǒng)可以保證溫度保持誤差在±0.1℃。

因此，將液體層的折射率n₁大于空氣的折射率n₀，并且可以結(jié)合在不同的溫度下對(duì)應(yīng)的不同的感應(yīng)位置所對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)角做對(duì)比，這樣的設(shè)置方式減小了側(cè)板的設(shè)置長(zhǎng)度，從而可以減小校準(zhǔn)儀2的體積，減小了整個(gè)校準(zhǔn)裝置的體積。

本發(fā)明還提供了一種利用基于恒溫環(huán)境的角度校準(zhǔn)裝置的角度校準(zhǔn)方法，依次包括如下步驟：

(1)打開溫度控制系統(tǒng)，預(yù)熱20分鐘，使得溫控箱內(nèi)的溫度保持在25℃；

(2)控制激光器發(fā)射沒有角度偏轉(zhuǎn)的平行激光光束，使得激光光束通過光闌后照射至凸面鏡的中心，如果光感器沒有感應(yīng)到激光光束，則進(jìn)入步驟(3)；

(3)通過激光器的角度調(diào)整裝置使得發(fā)射的激光光束具有第一角度，使得激光光束通過光闌后照射至凸面鏡；

(4)激光光束經(jīng)凸面鏡發(fā)射后，以第一測(cè)量角發(fā)射，經(jīng)過第一液體層后至第一側(cè)板，第一側(cè)板上的感光器感應(yīng)到激光光束的第一感應(yīng)位置時(shí)，發(fā)出包括有第一位置的第一電信號(hào)至控制器，并且對(duì)應(yīng)刻度的指示器發(fā)光；

(5)激光光束經(jīng)第一側(cè)板發(fā)射后，經(jīng)過第一液體層后以第二測(cè)量角發(fā)射，經(jīng)過第二或第四液體層后至第二或第四側(cè)板，第二或第四側(cè)板上的感光器感應(yīng)到激光光束的第二或第三感應(yīng)位置時(shí)，發(fā)出包括有第二或第三位置的第二或第三電信號(hào)至控制器，并且對(duì)應(yīng)刻度的指示器發(fā)光；

(6)將第一位置對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角和第二或第三位置對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較，如果偏轉(zhuǎn)角相同，則將此偏轉(zhuǎn)角作為校準(zhǔn)角，如果不同則重復(fù)步驟(2)-(5)；

(7)利用校準(zhǔn)角對(duì)角度調(diào)整裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，使得調(diào)整后的角度調(diào)整裝置的調(diào)整參數(shù)與第一角度對(duì)應(yīng)；

(8)控制溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行加熱10分鐘，使得溫控箱內(nèi)的溫度保持在32℃；通過激光器的角度調(diào)整裝置使得發(fā)射的激光光束具有第二角度，重復(fù)步驟(2)-(6)，利用在32℃下，第二角度對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)角對(duì)角度調(diào)整裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，使得調(diào)整后的角度調(diào)整裝置的調(diào)整參數(shù)與第二角度對(duì)應(yīng)，校準(zhǔn)完畢。

此外需要說明的是，本發(fā)明中的設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征可以通過直接或間接設(shè)置、測(cè)量的方式獲取，本發(fā)明是在合理的預(yù)期下完成，任何不適用的參數(shù)、公式、方案都應(yīng)排除。

盡管為了說明的目的，已描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，不脫離所附權(quán)利要求中公開的發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種修改、添加和替換等的改變，而所有這些改變都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍，并且本發(fā)明要求保護(hù)的產(chǎn)品各個(gè)部門和方法中的各個(gè)步驟，可以以任意組合的形式組合在一起。因此，對(duì)本發(fā)明中所公開的實(shí)施方式的描述并非為了限制本發(fā)明的范圍，而是用于描述本發(fā)明。相應(yīng)地，本發(fā)明的范圍不受以上實(shí)施方式的限制，而是由權(quán)利要求或其等同物進(jìn)行限定。