[發明專利]基于雙波長法補償空氣折射率的激光追蹤系統ZEMAX仿真方法

有效

• 申請號: 201810771009.0
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN108917605B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 陳洪芳;湯亮;石照耀;戴成睿;宋輝旭;孫衍強
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G06F30/20
• 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

本發明公開了基于雙波長法補償空氣折射率的激光追蹤系統ZEMAX仿真方法，用于分析光學系統中各個光學元件的非理想對系統能量的影響，基于雙波長法補償空氣折射率的激光追蹤測量系統的光學系統原理，根據各個光學元件之間的結構，設置多重結構的參數，然后進行順序調整，建立基于雙波長法補償空氣折射率的激光追蹤測量系統的模型。設定各光學元件的參數，分析干涉信號條紋對比度，實現光學系統最優化的參數設定，達到提高激光追蹤測量系統測量精度的目的，對激光追蹤測量光學系統設計和光學元件的選擇具有指導意義。

技術領域

本發明涉及一種ZEMAX仿真方法，具體涉及基于雙波長法補償空氣折射率的激光追蹤測量系統的ZEMAX仿真方法，屬于精密測量領域。

背景技術

激光追蹤儀是工業測量領域中一種高精度的測量儀器，利用高分辨率的激光干涉測量方法實現高精度測量，廣泛應用于航空、航天、船舶、汽車等領域。空氣折射率是影響激光干涉測量精度的重要參數，尤其是大范圍測量時。提高激光追蹤測量精度的關鍵在于補償系統的空氣折射率。目前，空氣折射率的補償在高精度激光追蹤測量系統中一直處于瓶頸階段。

傳統的補償方法是假設環境均勻一致且變化緩慢，從而測得某一處環境數據來代表整個環境，然而實際的測量環境并非均勻一致，難以滿足高精度測量。目前，國內外對于空氣折射率的測量方法大致分為兩種：直接測量法和間接測量法。直接測量法主要是將空氣折射率的變化轉變為干涉條紋明暗級次的變化來測量，具有實時性好的特點，但是光路復雜，成本高。間接測量法是指利用傳感器測量與空氣成分相關的參數值，如溫度、濕度、氣壓等，然后代入Edlen公式間接求取折射率的值。傳感器的測量精度直接影響空氣折射率的測量精度，而傳感器又存在精度不足的問題，導致激光追蹤測量的精度難以進一步提高。

為此，本發明設計一種基于雙波長法補償空氣折射率的激光追蹤測量系統的ZEMAX仿真方法。該系統利用兩種不同的波長同時進行測距，根據得到的干涉信號的相位差以及色散系數，帶入雙波長測距公式中，以補償由于空氣折射率引起的測距誤差。基于上述補償原理，利用ZEMAX軟件的光學設計和仿真分析功能對基于雙波長法補償空氣折射率的激光追蹤測量系統進行建模，分析光學系統中光學元件的非理想對系統能量的影響，達到提高激光追蹤測量系統測量精度的目的，對激光追蹤測量光學系統設計和光學元件的選擇具有指導意義。

發明內容

本發明首先分析了基于雙波長法補償空氣折射率的激光追蹤測量系統的光學系統原理，然后根據光學系統原理建立基于雙波長法補償空氣折射率的激光追蹤測量系統的模型，并利用此模型分析光學系統中各光學元件對激光干涉信號能量的影響。本發明對基于雙波長法補償空氣折射率的激光追蹤測量系統的光學元件選擇、光路的搭建、系統的調試具有非常重要地理論指導意義。

本發明要解決的技術問題如下：

(1)在ZEMAX中建立基于雙波長法補償空氣折射率的激光追蹤測量的光學系統的模型。

(2)根據建立的光學系統的模型，設定各光學元件的參數，實現光學系統模型的優化。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為一種基于雙波長法補償空氣折射率的激光追蹤測量系統的ZEMAX仿真方法，實現該方法的光學系統如下：