[發明專利]一種多軸全光纖雙光梳大尺寸絕對測距系統

有效

• 申請號: 202111288384.8
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN113805189B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 劉洋;赫明釗;謝志奇;繆東晶;李建雙
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01S17/26
• 分類號: G01S17/26
• 代理公司: 成都宏田知識產權代理事務所(普通合伙) 51337
• 代理人: 菅秀君

本發明提供的一種多軸全光纖雙光梳大尺寸絕對測距系統，涉及大尺寸精密測量領域。該多軸全光纖雙光梳大尺寸絕對測距系統包括光梳光源模塊，光梳光源模塊用于提供探測脈沖和本振脈沖；異步采樣光路模塊，異步采樣光路模塊用于獲得測量信號和參考信號，通過本振脈沖對探測脈沖中的測量脈沖和參考脈沖進行異步采樣；信號獲取模塊，信號獲取模塊用于對獲取的光信號經濾波等后處理轉換為電信號；多軸光路模塊，多軸光路模塊用于將測距光路多軸化，利用光開關進行分別探測，可以通過增加測量路徑拓展其應用場景。本發明提供的多軸全光纖雙光梳大尺寸絕對測距系統可以提高實用性與靈活性，能有效避免混疊盲區，且能夠壓縮測量成本。

技術領域

本發明涉及大尺寸精密測量領域，具體而言，涉及一種多軸全光纖雙光梳大尺寸絕對測距系統。

背景技術

長度量作為七個基本物理量之一，其作用在前沿基礎科學和先進技術應用中的重大意義不言而喻，特別是在高端設備制造以及航空航天工程中，精準的大尺寸計量至關重要。隨著飛秒光學頻率梳的出現，開始逐步應用于絕對距離測量。由于能夠將光頻域和射頻域進行鏈接，通過鎖定至原子鐘等頻率標準能夠使大尺寸測距的現場量值溯源成為可能。飛秒光學頻率梳是一系列等間隔分布、高相干的光學縱模構成的寬光譜光源，相對于傳統的連續激光、脈沖激光和白光光源等具有獨特的優勢。

其中雙飛秒光學頻率梳(雙光梳)系統可以實現大量程、高精度、高速率的絕對距離測量。雙光梳系統在測量過程中的關鍵技術是作為本振的光梳對另一個作為信號的光梳進行時域采樣，以獲得計算距離的異步光學采樣信號。與傳統的飛行時間法測量方法相比，該方法通過異步采樣光路將超快光脈沖向下轉換到更低帶寬的射頻域，對光電探測器帶寬的要求大大放寬。與僅適用于位移測量的傳統激光干涉儀相比，無需機械延遲掃描裝置即可實現絕對距離測量，且不受測量中的斷光影響。

然而當探測光梳的參考脈沖和測量脈沖與本振光梳在同一時刻發生相干時，傳統的基于單探測器探測的空間雙光梳測距系統將會周期性存在測量的混疊盲區，即測量信號與參考信號恰好在時域上重疊從而影響測量結果。并且，空間探測的異步采樣光路結構復雜且不便于集成，在需要緊湊型設計的工業場景中將嚴重限制測量裝置的靈活性。

發明內容

本發明的目的包括，例如，提供一種多軸全光纖雙光梳大尺寸絕對測距系統，其可以提高實用性與靈活性，能有效避免混疊盲區，且能夠壓縮測量成本。

本發明的實施例可以這樣實現：

本發明實施例提供一種多軸全光纖雙光梳大尺寸絕對測距系統，包括：

光梳光源模塊，所述光梳光源模塊用于提供探測脈沖和本振脈沖；

異步采樣光路模塊，所述異步采樣光路模塊用于獲得測量信號和參考信號，并通過本振脈沖對所述探測脈沖中的測量脈沖和所述參考脈沖進行異步采樣；

信號獲取模塊，所述信號獲取模塊用于對獲取的光信號經濾波等后處理后通過光電探測器接收；

多軸光路模塊，所述多軸光路模塊用于將測距光路多軸化。

進一步地，在可選的實施例中，所述光梳光源模塊包括探測光梳和本振光梳，所述探測光梳用于提供探測脈沖，所述本振光梳用于提供本振脈沖。

進一步地，在可選的實施例中，所述異步采樣光路模塊包括第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、第三光纖耦合器、第四光纖耦合器、第一環形器、第二環形器、第一準直器、光纖反射器和測量角錐棱鏡；

所述第一光纖耦合器位于所述探測光梳后，所述第一環形器和所述第二環形器均位于所述第一光纖耦合器后；所述光纖反射器位于所述第一環形器后，以使所述探測光梳、所述第一光纖耦合器、所述第一環形器和所述光纖反射器形成參考光路；所述第一準直器、所述測量角錐棱鏡依次布置于所述第二環形器后，以使所述探測光梳、所述第一光纖耦合器、所述第二環形器、所述第一準直器和所述測量角錐棱鏡形成測量光路；