用莫尔条纹跟踪法测量动态小角度

　　应用光学自准直仪成功地解决了很多静态小角度的测量问题，但随著生产和科学技术的发展，对动态小角度测量的要求日益迫切，如物理学中对分子布朗运动的测量，机床振动，在切削力作用下机床导轨的扭摆的测量等。为此我们研制了光栅莫尔条纹跟踪式自准直仪。

　　测量原理

　　1.仪器测量原理及结构特点

　　图1为光路及测量原理。

　　光源1通过图1光路使测量光栅的象与指示光栅相迭合，并使其形成莫尔条纹。当7反射镜绕轴y摆动时，产生角位移，测量光栅的象相对指示光栅10和12发生移动，则莫尔条纹相应也产生位移。它的信号由安t在光栅10和12后面的硅光电池n和13接收，光电转换信号经放大，由电阻桥进行细分，其细分信号做为绝对码电路的小数信号。

　　为抑制共模电压，应采用相位差为90’的四路信号。光路中加入分光棱镜9。两指示光栅10和12相对分光镜共扼，每片指示光栅的左半部相对右半部分在空间相差1/4光栅节距。这样指示光栅与测量光栅4象迭合，正好形成相位差为90o的两路莫尔条纹信号;将指示光栅10相对12调整成空间位置上相差1/4的栅节距，就可取出依次相位差为90o的四路信号。

　　差分运算后忽略四次似上谐波，则得:

　　u41为基波分量振幅，u3为三次谐波振幅。显然要在测量过程中，视场光照固定不变。但在动态光电跟踪测量时，因测蚤范围较大(士2’)，故视场光斑有士1毫米的纵向位移，因而光照是随摆角而变化的。

　　消除视场光斑纵移时对直流电平;带来的影响，硅光电池相对于视场光斑的安装位置如图2所示。视场光斑纵向移动对和13a、11a和11b,13b。的影响是一样的。图8所示a、b、c和d为逐步调整硅光电池相对视场光斑处于共扼位置所记录的电平曲线，其中d曲线为调整最佳位置的情况，此时u=u11a-u13a=9一8=1毫伏。

　2.大数信号的拾取

　　本仪器采用不重复图象识别，当被测角度变化时，对应反射镜有一确定位置，相应莫尔条纹的位移量为

　　式(2)的等号右边第二项，A为小于一条莫尔条纹的间距，称它为“小数”，而第一项。珍是以莫尔条纹为单位的位移量，称它为“大数”。因为采用绝对码电路进行数字显示，故需在电路中建立绝对零点，大数信号也需独立取出(即大小数信号彼此独立)。采用差分比较电压的方法，可以方便地解决大数的拾取和判别正负的绝对零点的困难。为此，从电路的结构上，在分光镜5(图1)的上方安置两片硅光电池8，调整两硅光电池的相互位置，并使光阑3的象(光斑)与硅光电池的相互位置如图4.