【摘要】：目前重大裝備制造技術(shù)正朝著大尺寸、高精度的方向發(fā)展,主要涉及到航空、航天、大型船舶及機(jī)電設(shè)備、大型科研設(shè)備的制造、裝配和運(yùn)行監(jiān)控等領(lǐng)域�？臻g坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)作為重大裝備制造與裝配的重要支撐技術(shù),受到人們的廣泛關(guān)注。其中絕對(duì)距離測(cè)量作為上述技術(shù)的核心和基礎(chǔ),具有重要的研究意義。激光因其具有好的方向性、單色性、相干性和高精度等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于測(cè)距領(lǐng)域,近年來,光頻掃描干涉(OFSI)測(cè)距技術(shù)作為一種新型的激光測(cè)距技術(shù),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)干涉測(cè)距僅適用于增量式測(cè)量,且存在模糊范圍的缺點(diǎn),具有能夠在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)靈活可靠的高精度絕對(duì)距離測(cè)量的潛力。本文針對(duì)OFSI絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,主要研究內(nèi)容如下:1、在分析OFSI測(cè)距基本原理的基礎(chǔ)上,對(duì)比了相位測(cè)量方法和拍頻測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn);基于拍頻測(cè)量和傅里葉變換推導(dǎo)了系統(tǒng)的測(cè)距分辨率;分析了提高頻率分辨率的方法,選取線性調(diào)頻z變換(CZT)對(duì)干涉信號(hào)的頻譜進(jìn)行局部細(xì)化,提高拍頻的測(cè)量精度;重點(diǎn)分析了調(diào)頻非線性、目標(biāo)漂移誤差以及光的色散等因素對(duì)OFSI測(cè)距精度的影響。2、針對(duì)調(diào)頻非線性對(duì)干涉信號(hào)頻譜展寬的影響,提出了基于雙干涉光路的等光頻采樣方法,利用輔助干涉信號(hào)作為觸發(fā)采樣的時(shí)鐘信號(hào),對(duì)測(cè)量干涉信號(hào)進(jìn)行重采樣,消除非線性調(diào)頻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,提高了測(cè)距精度同時(shí)降低了該方法對(duì)激光器的性能要求。3、通過分析目標(biāo)漂移對(duì)最終測(cè)量精度的影響,根據(jù)多普勒頻移方向和運(yùn)動(dòng)方向相一致的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了基于光頻三角波掃描漂移誤差補(bǔ)償方法,分別測(cè)量在光頻上掃和下掃情況下干涉信號(hào)的拍頻,利用平均原理消除目標(biāo)漂移誤差。并設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。4、利用外差相位測(cè)量技術(shù)和光纖PZT相位補(bǔ)償原理,設(shè)計(jì)了基于PID控制的長光纖鎖定系統(tǒng),提高了輔助干涉系統(tǒng)參考長度的穩(wěn)定性,從而提高OFSI絕對(duì)測(cè)距的精度。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH721
【圖文】：

2n——為測(cè)量光路的折射率， ——為干涉級(jí)次，——為測(cè)量相位，且 的取值范圍為 , 。被測(cè)距離較小，使得 m 1，則可以直接通過單波長測(cè)量得到干涉相離，但如果被測(cè)距離較大，使得 m 1，那么就無法用單波長的測(cè)量距離，只能通過精密長導(dǎo)軌，移動(dòng)被測(cè)目標(biāo)，測(cè)量連續(xù)移動(dòng)的干涉就是傳統(tǒng)的干涉測(cè)長原理，這種方法只能測(cè)量被測(cè)目標(biāo)的移動(dòng)距離對(duì)距離。傳統(tǒng)的干涉測(cè)距方法不同的是，多波長干涉測(cè)距技術(shù)不需要精密長進(jìn)行連續(xù)干涉條紋計(jì)數(shù)，只需分析各波長干涉小數(shù)部分即可推算出波長干涉利用多個(gè)波長的激光合成長度不同的合成波長，通過對(duì)不進(jìn)行對(duì)同一距離的多次干涉測(cè)量逐步求解被測(cè)距離，可以說多波長了干涉法的測(cè)量范圍。下面以雙波長干涉為例介紹多波長干涉的

圖 1-2 通過光頻梳建立時(shí)間和長度的關(guān)系示意圖但是現(xiàn)階段飛秒激光頻率梳應(yīng)用在測(cè)速儀、人工合成光學(xué)孔徑和多基站目標(biāo)雷達(dá)中均受到了緊湊性和抗環(huán)境干擾能力的限制。自 2000 年起，日本科學(xué)家 KMinoshima 等人使用飛秒激光的高次諧波將測(cè)量的模糊范圍拓展到幾百米以來，飛秒激光頻率梳以多種方式應(yīng)用在各種精密的測(cè)距系統(tǒng)中。這些方法主要包含如下幾種：利用其在微波頻率和光頻上具有較高的相干性的飛行時(shí)間方法，合成微波頻率波長干涉儀，基于傅里葉變換的色散干涉儀，基于雙飛秒激光器的多外差探測(cè)干涉儀，基于平衡探測(cè)的非相關(guān)飛行時(shí)間法。這些新產(chǎn)生的方法都為了一個(gè)目標(biāo)，通過將飛秒脈沖激光器應(yīng)用在傳統(tǒng)的激光干涉儀方法中來實(shí)現(xiàn)在絕對(duì)距離應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)一個(gè)亞波長精度。1.2.3 光頻掃描干涉測(cè)距光頻掃描干涉（OFSI）測(cè)距技術(shù)最早出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 80 年代初期[14][15]，隨著可調(diào)諧激光器的發(fā)展而迅速發(fā)展起來，1986 年，Kikuta 等人利用半導(dǎo)體二極

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 孟祥松;張福民;曲興華;;基于重采樣技術(shù)的調(diào)頻連續(xù)波激光絕對(duì)測(cè)距高精度及快速測(cè)量方法研究[J];物理學(xué)報(bào);2015年23期

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本文編號(hào)：2724780