激光干涉波長杠桿式絕對距離測量方法與裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及采用光學測量方法與裝置，尤其是涉及一種激光干涉波長杠桿式絕對 距離測量方法與裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著科技的發(fā)展，大長度、高精度的絕對距離的精確測量在高端裝備制造、空間工 程和計量技術等方面的應用越來越廣泛。如重型機器機架的測量、大型精密機床床身的測 量、汽輪機和水輪機主軸長度的測量、水電站水輪發(fā)電機組定子和轉子直徑的測量、航空航 天工業(yè)中飛機型架安裝位置的測量、衛(wèi)星編隊飛行中對衛(wèi)星的位置和姿態(tài)進行監(jiān)測和高分 辨率測距等，不僅要求在幾十米甚至上百米的范圍內(nèi)距離測量精度能夠達到微米量級甚至 更低，同時還需要測量儀器裝置的效率高，靈活性好，能適應無導軌測量條件。
[0003] 絕對距離測量的方法主要分為兩大類：飛行時間測量法和干涉測量法。在飛行時 間測量法中，激光脈沖測距受限于皮秒級的時間測量精度，距離測量精度在毫米級；基于 飛秒脈沖重合的光學平衡互相關法測量精度雖然可以達到亞微米級，但是測量距離必須是 飛秒脈沖間隔距離的整數(shù)倍，不能實現(xiàn)任意絕對距離的測量；相移法通過測量調(diào)制的光波 往返被測距離產(chǎn)生的相位延遲來測得飛行時間，該方法測量分辨率取決于最高調(diào)制頻率對 應的相位分辨率，而測量距離受限于最低調(diào)制頻率對應的非模糊距離。激光干涉絕對距離 測量方法主要包括頻率掃描干涉法、飛秒脈沖色散干涉法和多波長干涉法。對于頻率掃描 法，頻率掃描過程中被測距離的變化或波動會引入較大的誤差，距離測量精度為KT6;飛秒 脈沖色散干涉法受限于頻譜儀的分辨率，距離測量精度為1〇_ 5;多波長干涉利用若干波長 構成長度逐級增加的合成波長鏈，根據(jù)被測距離初測值和各級合成波長對應的小數(shù)干涉級 次，從最高級合成波長開始逐級求解被測距離。采用多波長干涉法時，小數(shù)干涉級次的測量 通常是采用拍波法、外差法和超外差法等測得，其中拍波法受光強直流漂移影響，距離測量 精度小于1〇_ 6,外差法和超外差法的光路結構中，外差光源受頻率調(diào)制器件影響，合成波長 穩(wěn)定性較差，距離測量精度難以提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種激光干涉波長杠桿式絕對距離測量方法與裝置，利用 兩單波長形成的合成波長與單波長之間的-對應關系，將被測絕對距離與參考臂中角錐 棱鏡的運動位移形成杠桿式關系，通過檢測參考臂中角錐棱鏡的運動位移來獲得被測大長 度的絕對距離，本發(fā)明的測量范圍大、測量精度高、且可溯源到米定義。
[0005] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0006] 一、一種激光干涉波長杠桿式絕對距離測量方法，該方法的步驟如下：
[0007] 1)第一激光器輸出固定的波長X1，控制第二激光器輸出可變的波長X2，使得波 長A1和波長X2形成的首級合成波長XS1的一半大于被測絕對距離L，L為第二角錐棱鏡 和第三角錐棱鏡之間的距離；
[0008] 2)第一快門打開、第二快門關閉，此時從第二角錐棱鏡返回的近端測量光束與參 考光束形成干涉信號，移動第一角錐棱鏡，使得第一光電探測器和第二探測器檢測到的波 長A2和波長A:的干涉信號相位差為Ap=O;
[0009] 3)第一快門關閉、第二快門打開，此時從第三角錐棱鏡返回的遠端測量光束與參 考光束形成干涉信號，第一光電探測器和第二探測器接收到的兩路干涉信號相位差A爐發(fā) 生變化，再次移動第一角錐棱鏡使得兩路干涉信號的相位差等于〇,記錄第一角錐棱鏡 的運動位移為A1 ;
[0010] 4)首級合成波長Asi、波長A1、被測絕對距離L和第一角錐棱鏡的運動位移Al 存在如下波長杠桿關系：
【主權項】
1. 一種激光干涉波長杠桿式絕對距離測量方法，其特征在于，該方法的步驟如下： 1) 第一激光器（10)輸出固定的波長A1，控制第二激光器（Ii)輸出可變的波長λ2， 使得波長A1和波長λ 2形成的首級合成波長λ S1的一半大于被測絕對距離L，L為第二角 錐棱鏡（29)和第三角錐棱鏡（210)之間的距離； 2) 第一快門（24)打開、第二快門（25)關閉，此時從第二角錐棱鏡（29)返回的近端測 量光束與參考光束形成干涉信號，移動第一角錐棱鏡（22)，使得第一光電探測器（31)和第 二探測器（32)檢測到的波長λ 2和波長λ i的干涉信號相位差為Δρ=0; 3) 第一快門（24)關閉、第二快門（25)打開，此時從第三角錐棱鏡（210)返回的遠端測 量光束與參考光束形成干涉信號，第一光電探測器（31)和第二探測器（32)接收到的兩路 干涉信號相位差Δ0,發(fā)生變化，再次移動第一角錐棱鏡（22)使得兩路干涉信號的相位差 Δ?ΖΤ等于0,記錄第一角錐棱鏡（22)的運動位移為Λ1 ; 4) 首級合成波長Xsi、波長X1、被測絕對距離L和第一角錐棱鏡（22)的運動位移Λ 1 存在如下波長杠桿關系：
其中Asi= λ iAyl A1-A2I為波長A1和波長λ 2形成的首級合成波長，λ JP λ 2為 空氣中的激光波長，根據(jù)上述波長杠桿關系，由計算機（34)算出被測絕對距離的首次粗測 值：
5) 計算機（34)通過控制器（35)改變第二激光器（11)輸出的波長λ2，使波長 波長X2形成一系列合成波長λ S2> λ S3>~> λ Sn，且每級合成波長ASi> 4u(L' η)，i =2,3, "·，η，其中u(L' η)為當合成波長為時被測距離的估計值L' 的測量不 確定度，當i = 2時L' H= L1，重復步驟2)、步驟3)，記錄每次改變第二激光器（11)波長 入2時第一角錐棱鏡（22)的運動位移為Al i，根據(jù)步驟4)中波長杠桿關系，由計算機（34) 算出對應合成波長Asi小數(shù)部分的被測絕對距離的粗測值：
計算機（34)根據(jù)下式算出被測絕對距離L中包含的合成波長λ Si的小數(shù)干涉級次值：
計算機（34)根據(jù)下式算出被測絕對距離L中包含的合成波長λ Si的整數(shù)干涉級次值：
其中int□表示