[發明專利]基于雙波長干涉的激光追蹤測量系統空氣折射率補償方法

有效

• 申請號: 201810703930.1
• 申請日: 2018-07-01
• 公開（公告）號: CN108732561B
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 石照耀;戴成睿;陳洪芳;湯亮
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01S11/12
• 分類號: G01S11/12;G01B11/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.基于雙波長干涉的激光追蹤測量系統空氣折射率補償方法，其特征在于：該方法采用兩路光源，激光器輸出波長不同的兩路光束，兩路光束經過檢偏器，并通過同一分光鏡分光，一部分作為測量光射向由分光鏡、偏振分光鏡，貓眼，標準球，位移探測器構成的系統的追蹤測量部分光路，另一部分作為參考光，經反射鏡反射后在分光鏡處形成各自的干涉信號；此時可得到使用波長λ₁的位移測量值D₁與使用波長λ₂干涉得到的位移測量值D₂，所以兩波長位移測量值與待測距離L有以下關系：

其中n₁，n₂為當前大氣條件下波長λ₁與λ₂各自對應的空氣折射率；

引入系數：

待測距離L為

L＝D₁-A(D₂-D₁) (4)

由和Potulski提出的空氣折射率計算公式：

n(λ,t,p,x,p_w)-1＝K(λ)·D(t,p,x)-p_w·g(λ) (5)

上式中λ為波長(以um作為單位)，t為溫度，p為氣壓，x為二氧化碳含量，p_w為水蒸氣分壓，以pa作為單位；其中：

g(λ)＝10^-10×(3.802-0.0384/λ²) (7)

在干燥空氣中：

在潮濕的空氣中，待測距離L為：

在干燥的空氣，色散系數A中僅與K(λ)有關，溫度、大氣壓和二氧化碳變化造成的影響可以忽略；在潮濕的空氣中，水蒸氣分壓作為唯一需要測量的環境參數；因此可以在不測量實時空氣折射率的情況下，只需知道色散系數A在實驗條件下的初始值，即使環境參數發生了變化，通過系數A來補償空氣折射率，并確定待測距離L；由于兩個波長對應光程差的測量不確定度會被色散系數A放大，進而影響測距精度，所以色散系數越小越有利于提高修正精度；

單頻激光器L1和單頻激光器L2分別輸出波長為λ₁和λ₂的兩路線偏振光，分別經檢偏器P1與檢偏器P2調整，使偏振方向與光軸成45°；波長為λ₁的線偏振光經反射鏡R1反射后，與波長為λ₂的線偏振光在分光鏡BS1處匯合，并各自分光，波長為λ₁激光的透射光與波長為λ₂激光的反射光作為參考光，由波長為λ₁激光的反射光與波長為λ₂激光的透射光作為測量光；參考光經反射鏡R3反射后由分光鏡BS3分光；測量光束經反射鏡R2和偏振分光鏡PBS1后光束中s光反射，經1/4波片Plate1后變為圓偏振光，圓偏振光經過貓眼反射鏡反射后旋向相反，經過分光鏡BS2分光，反射光經干涉濾波器F1后，只有波長λ₁的光束通過并被位移探測器接收，實現系統的追蹤功能；透射光再次經過1/4波片Plate1變為p光，透射通過偏振分光鏡PBS1和偏振分光鏡PBS2，經1/4波片后再次變為圓偏振光，并在標準球(22)反射后旋向相反，又經第二1/4波片Plate2后變為s光，在偏振分光鏡PBS2處發生反射，射向分光鏡BS3；在分光鏡BS3處，參考光與測量光中波長相同的光束各自進行干涉，分光后的兩束激光經過波長為λ₁的干涉濾波器F1和波長為λ₂的干涉濾波器F2后，分別由探測器Detector1和探測器Detector2接收干涉信號，從而獲得使用λ₁和λ₂兩個波長為基準的的位移信息D₁和D₂，并將其代入公式(8)計算待測距離L。