光频扫描干涉绝对测距系统关键技术研究

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1、光频扫描干涉绝对测距系统关键技术研究ResearchontheKeyTechnologyofOpticalFrequencyScanningInterferometryAbsoluteRangingSystem学科专业：仪器科学与技术作者姓名：张雅雅指导教师：叶声华教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月摘要目前重大装备制造技术正朝着大尺寸、高精度的方向发展，主要涉及到航空、航天、大型船舶及机电设备、大型科研设备的制造、装配和运行监控等领域。空间坐标测量技术作为重大装备制造与装配的重要支撑技术，受到人们的广泛关注。其中绝对距离测

2、量作为上述技术的核心和基础，具有重要的研究意义。激光因其具有好的方向性、单色性、相干性和高精度等优点，被广泛应用于测距领域，近年来，光频扫描干涉（OFSI）测距技术作为一种新型的激光测距技术，弥补了传统干涉测距仅适用于增量式测量，且存在模糊范围的缺点，具有能够在大范围内实现灵活可靠的高精度绝对距离测量的潜力。本文针对OFSI绝对测距系统的关键技术进行了研究，主要研究内容如下：1、在分析OFSI测距基本原理的基础上，对比了相位测量方法和拍频测量方法的优缺点；基于拍频测量和傅里叶变换推导了系统的测距分辨率；分析了提高频率分辨率的方法，选取线性调

3、频z变换（CZT）对干涉信号的频谱进行局部细化，提高拍频的测量精度；重点分析了调频非线性、目标漂移误差以及光的色散等因素对OFSI测距精度的影响。2、针对调频非线性对干涉信号频谱展宽的影响，提出了基于双干涉光路的等光频采样方法，利用辅助干涉信号作为触发采样的时钟信号，对测量干涉信号进行重采样，消除非线性调频对测量结果的影响，提高了测距精度同时降低了该方法对激光器的性能要求。3、通过分析目标漂移对最终测量精度的影响，根据多普勒频移方向和运动方向相一致的特点，设计了基于光频三角波扫描漂移误差补偿方法，分别测量在光频上扫和下扫情况下干涉信号的拍频

4、，利用平均原理消除目标漂移误差。并设计对比实验验证了该方法的可行性。4、利用外差相位测量技术和光纤PZT相位补偿原理，设计了基于PID控制的长光纤锁定系统，提高了辅助干涉系统参考长度的稳定性，从而提高OFSI绝对测距的精度。关键词：绝对距离测量，光频扫描干涉，调频非线性，漂移误差，长光纤锁定IABSTRACTRecently,themanufacturingtechnologyinmajorequipmentsuchasaerospaceequipment,largeship,electromechanicaldeviceandlarger

5、esearchequipmentisde-velopinginthedirectionoflargescaleandhighprecision.Spatialcoordinatemeasur-ingtechnologyhasattractedwidespreadattention,becauseitisanimportantsupporttechniqueinmajorequipmentmanufacturing.Theabsoluterangingtechnologyasthecoreandbasisintheabovetechnolog

6、yisofimportantresearchsignificance.Laserrangingtechnologyhasalwaysbeenahotspotindomesticandinternationalstudiesbecauseofitsgooddirectional,monochromatic,coherentandhighprecision.Asanewtypeoflaserabsolutedistancemeasurementtechnology,opticalfrequencyscan-ninginterferometry(

7、OFSI)rangingtechnologymakesupfortheincrementaldistancemeasurementandinsufficiencyintraditionalinterference.OFSIpossessesthead-vantagesoflargescaleandhighprecisionatthesametime.ThispaperhasstudiedthekeytechnologyinimprovingprecisionofOFSI.Themainresearchcontentsareasfollows

8、:1.BasedontheanalysisofthebasicprincipleofOFSIrangingtechnology,thispapercomparedthechara