[發明專利]單頻激光干涉儀非線性誤差修正方法與裝置

在審

• 申請號: 201811352669.1
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109539975A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 胡鵬程;付海金;王珂;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

單頻激光干涉儀非線性誤差修正方法與裝置屬于激光測量技術領域；本發明在不需要改變第一反射鏡和第二反射鏡位置的前提下，利用液晶相位延遲器在測量光束和參考光束之間產生連續的光程差變化，使得干涉信號產生足夠的相位變化，實現對干涉信號特征參數的預提取，從而利用預提取的特征參數對單頻激光干涉儀位移測量過程中的非線性誤差進行修正，實現高精度位移測量；本發明實現了對單頻激光干涉儀干涉信號特征參數的預提取、能夠有效解決干涉測量尤其是微小位移測量中非線性誤差的修正問題，在精密測量領域具有顯著的技術優勢。

技術領域

本發明屬于激光測量技術領域，主要涉及一種單頻激光干涉儀非線性誤差修正方法與裝置。

背景技術

隨著科學研究的快速發展和工業生產水平飛速提高，科研和工業領域對位移測量也提出了更高的要求，位移測量的最小變化量也正朝著納米量級方向發展。單頻激光干涉是利用激光干涉原理進行高精度位移測量的儀器，具有非接觸、高精度等優點。一個單頻激光干涉儀包含至少一個能夠提供單頻激光的光源；一個將單頻光源分為參考光束和測量光束的偏振分光鏡；一個能夠反射參考光束的第一反射鏡；一個能夠反射測量光束的第二反射鏡，所述第二反射鏡通常被固定于被測物體上，隨被測物體一同運動；至少一個能夠檢測干涉信號的光電探測器，所述干涉信號是經過所述第一反射鏡反射得到的參考光束與所述第二反射鏡反射得到的測量光束干涉形成的；以及信號處理單元，耦接所述光電探測器，適于采集所述光電探測器輸出的干涉信號；所述參考光束和所述測量光束具有相同的頻率。相比于雙頻激光干涉儀，由于其具有結構簡單、電路處理容易、對環境的要求較低、測量速度在原理上不受限制等諸多優點，因而更加廣泛的應用于位移測量領域。然而，在實際應用中，非線性誤差的存在卻一直成為限制單頻激光干涉儀實現高精度測量的關鍵問題。

圖1為典型的單頻激光干涉儀結構，從激光器1發出的單頻激光通過偏振分光棱鏡2分光為參考光束和測量光束；其中反射光束作為參考光束經過平面反射鏡A4反射，并兩次通過1/4波片A3，透射光束作為測量光束經過平面反射鏡B 6反射，并兩次通過1/4波片B 5后，參考光束和測量光束分別透射和反射通過偏振分光棱鏡2；參考光束和測量光束經過1/2波片7后其偏振方向旋轉45°，經非偏振分光棱鏡8分光后，透射光通過1/4波片C 9和偏振分光棱鏡B 10入射到光電探測器A 11和光電探測器B 12，兩路信號經過運算器A 13做減法運算后得到干涉信號I_x；經過非偏振分光棱鏡8的反射光經過偏振分光棱鏡C 14入射到光電探測器C 15和光電探測器D 16，兩路信號經過運算器B 17做減法運算后得到干涉信號I_y。理想狀態下，I_x和I_y可以表示為：(P.Hu,J.Zhu,X.Guo,and J.Tan,Compensation forthe Variable Cyclic Error in Homodyne Laser Interferometers,Sensors,2015,15(2):3090-3106.)：

其中，A為干涉信號的交流幅值，φ為參考光路與測量光路之間的相位差。由此可以看出，I_x、I_y表現為關于φ的正余弦函數，在理想狀態下其幅值相等、直流偏置為零且相互正交。然而在實際情況中，由于光學器件等的不理想，I_x和I_y可以表示為：