激光绝对距离测量技术

绝对距离测量技术综述： XXX，内容摘要，大型零件尺寸超出一般工具的测量范围，给测量带来困难，葛州水库水电站水轮机定子和转子尺寸在16m以上，为了制造高精度的大尺寸零件，加工中必须不断进行检测， 测量精度的高低对零件的制造起到了非常重要的作用，大尺寸测量分为位移测量和绝对距离测量的干涉条纹计数测量法的代表性双频带激光干涉仪能够以高精度(510-7L，l为被测量距离)测量60米的距离。 干涉条纹计数测量需要测量镜移动的精密导轨，测量过程不能中断，其应用范围受到限制，位移测量：20多年来，随着激光技术、红外技术的发展，世界各工业发达国家为了满足无导轨高精度测量长度的需要，基于多波长小数重法的红外激光绝缘绝对距离测量：内容进料、液振、绝对距离测量技术是相对位移测量的主要特征，是测量过程中无需导轨，绝对距离测量又称无导轨测量。 绝对距离测量方法主要有非相干测量法和干涉测量法，液摇，非相干测量法也称为飞行时间测量法，主要有脉冲测量法和相位差测量法脉冲测量法。 测量仪发出短脉冲信号，该信号在目标点反射返回，经过2倍的被测距离后，再次被测量仪接收。 通过测量从发送到接收同一脉冲信号的时间间隔t，距离值： L=ct/2，相位差测距法：距离计对激光进行强度调制，求出测量由于调制光波在被测量距离中往返而引起的相位延迟的往返时间t， 可以得到以该相位延迟为代表的距离值：相位法测量中相位差只有0-2，范围测量时相位差大于2，因此导致多值性问题，相位差测量法的示意图：绝对距离干涉测量法， 在多波长激光干涉测量法和调频激光干涉测量法本节中简要介绍了调频干涉测量法的多波长法及其原理，通过连续调制单纵向激光的激光频率，在手臂长度差不为零的迈克尔逊干涉仪中，两相干光波的相位差周期性变化即使在干涉仪静止的状态下，也能够输出交变光信号，从信号中提取包含被测量长度的信息，实现绝对距离测量。 调频激光干涉测量技术基本原理：主要应用于半导体激光器。 根据半导体激光器激光器频率的调制方式，调频激光干涉测量方法可分为3种：啁啾法(与三角波调频的锯齿波调频)正弦调频移相法，下图为清华大学开发的半导体激光器大尺寸绝对距离测量系统中采用三角波电流调制半导体激光器， 调频范围为165GHz，内容摘要、液体摆动、传统干涉仪：1)需要导轨的时机在从初始状态到终止状态的所有过程中，中途不允许停电2 )计数时间长，测量长则需要时间，容易受环境影响3 )无零，增量式、 绝对位移：无法测量，相位法测量过程中相位差仅为0-2，因此可测量范围需要用其他方法扩大测量范围，满足大量测量需求，提出合成波长(多波长)激光干涉测量方法扩大测量范围，满足大尺寸测量需求。 3.2合成波长法、多波长干涉计量是馀小数法的发展。 C.RTilford对这一理论作出了重要贡献。 主要总结为以下两个基本思想：1)用几个单波长组合不同长度的合成波长链；2 )用不同的合成波长，依次求出测量长度，依次搜索被测量真值，即依次精制。以双波长测定为例，将与干涉测定相关的双光波分别设为1和2 (也可以设为12 )，对被测定距离l以双波长进行测定时，如果以下式成立：距离的初始测定值为Lc、不确定度为lc、初始测定不确定度满足条件：Lcs/4-Lp的方式选择适当的激光波长， 式中lp为干扰水平小数测定的不确定度， 绝对距离测量最终归结为通过相位测量来测量相位从而得到对应的小数级测量相的方法：差拍法外差法超外差法，差拍法：同时发射的两个单波长光波的空间差拍信号振幅值与光路差的关系， 通过测量与振幅零点对应的光路差的变化量而得到对应的合成波小数级，外差法：通过对各单波长光波外差信号和同频率基准信号进行比较处理而直接得到单波长小数级。 其工作原理如图所示，一般侧相法难点：1)各波长的相位应该同时测定，2)2个单波长信号应该能够分离，3 )原始单波长信号具有高稳定度，超外差法：接收到的合成光强度I(t )为超外差信号、外差外差外差外差超外差的优点：1)实现了合成波长相位的实时测量；2 )避免了外差方式中纵模信号的个别测量，克服了模耦合误差。 3 )可以利用低频超外差信号来获得相位信息，可以降低相位测量模块混合环节的技术难度，可以通过声光移频器来设置频率，以降低测量单元的测量难度，因此通常频率值为KHz电平，内容可以归纳为、 1.1892年国际标准米与Cd光谱波长进行比较发现小数重量法激光后，基于小数重量法在2.1976年进行了无轨测长的G.LBourder和AG.Orszag首先报告了使用CO2激光的多波长干涉测长3.1983年。 日本计量研究所的HMatsumoto在由he-ne3.39um单波长和He-Ne3.37um、3.51um双光谱构成的三次合成波测长4 .同年，CL.Bourder利用2条波导CO2激光实现了可变波长绝对距离测量的5.1985年， 中国计量院的陈元吕等人于6.1986日制作了以Zeeman激光为光源的无轨测长仪，H.Kikuta进行了半导体激光外差干涉测长的研究7 .清华大学的梁晋文教授等人发现了用He-Ne3.39um激光实