[发明专利]一种频率扫描干涉绝对测距系统的振动补偿方法

说明书

本发明公开了一种频率扫描干涉绝对测距系统的振动补偿方法，利用单频激光器和两个声光调制器产生带有多普勒频移信息的拍频信号，同时可调谐激光器经过测量干涉光路也会产生含有多普勒信息的测量拍频信号，对这两个测量拍频信号进行处理即可消除振动对频率扫描干涉绝对测距系统的影响。该发明相比较于双可调谐激光器测量系统，降低了硬件成本和装置复杂度，同时单频激光器相比较于可调谐激光器体积和质量更小，更易于集成和在现场使用，双可调谐激光器也需要有同样的频率调制速度，这在目前几乎是做不到的，因为可调谐激光器普遍存在调频非线性的现象，而本发明使用单频激光器，很好的避免了这个问题。

技术领域

本发明涉及频率扫描干涉绝对测距领域，特别涉及一种频率扫描干涉绝对测距系统的振动补偿方法。

背景技术

绝对距离测量系统可用于距离测量高达几十米，相对不确定度小于3ppm，这在测量领域具有重大意义。绝对距离测量系统可以提高大型装配件在飞机制造，汽车工程和现代风车叶片生产等领域的制造效率和精度。目前的绝对距离测量系统通常基于三种不同的光学方法：飞行时间法，合成波长法，频率扫描干涉测量法。频率扫描干涉绝对测距技术是一种无需靶标或标记点、能够快速测量漫反射体表面信息并且测量精度很高的测距方式，因此得到了人们的广泛关注。

但在实际测量中，随着振动引起的多普勒效应的存在，距离谱会变宽，这将导致测量误差比光程差的实际变化大1000倍以上。为了解决这种振动的影响，Swinkels等采用一个三角波频率扫描的激光器，通过四个连续的相位测量解算消除振动影响的距离值；Jia等将频率扫描干涉绝对测距技术与时变卡尔曼滤波器相结合来跟踪目标的瞬时运动，对于运动速度为1mm/s的目标，测量标准差仅为2.5μm。

发明内容

针对现有待测目标在实际应用场合、很难保证测量处于完全静止条件下，传统的频率扫描干涉绝对测距系统测量误差很大的情况，本发明提出一种频率扫描干涉绝对测距系统的振动补偿方法，利用单频激光器加两个声光调制器、可调谐激光器分别产生包含振动信息的测量拍频信号，通过对这两个拍频信号进行处理以消除振动对频率扫描干涉绝对测距系统的影响，而辅助拍频信号用来消除可调谐激光器调频非线性对测量拍频信号产生的影响。本发明无需两个可调谐激光器，而是将双可调谐激光器系统中的一个可调谐激光器换成了单频激光器，降低了硬件成本和装置复杂度，同时不采用实时测量出振动位移进行补偿的方式，而是通过两个同步的测量拍频信号直接获取抵消振动位移的距离值，简化了算法，使得频率扫描干涉绝对测距系统的应用范围更广。

本发明所采用的技术方案是：一种频率扫描干涉绝对测距系统的振动补偿方法，利用单频激光器、可调谐激光器、两个声光调制器、若干耦合器、光环形器、准直透镜、压电位移台、目标镜、粗波分复用器得到两个含有多普勒频移信息的测量拍频信号，两个所述测量拍频信号包含了待测目标镜的振动信息；利用可调谐激光器、延时光纤得到辅助拍频信号；采用所述辅助拍频信号消除可调谐激光器调频非线性对两个所述测量拍频信号产生的影响后，对两个所述测量拍频信号进行处理，消除振动对频率扫描干涉绝对测距系统的影响,计算得出消除振动影响的距离值。

进一步的，本发明一种频率扫描干涉绝对测距系统的振动补偿方法，具体包括以下步骤：

测距信号的产生：

1-1步骤、单频激光器产生单频信号，可调谐激光器产生频率扫描信号；所述单频信号经过第一分束器分为A路和B路，所述频率扫描信号经过第二分束器分为C路和D路，A路、B路、C路进入测量干涉系统，D路进入辅助干涉系统；