扫频干涉测距振动补偿中单频激光频率标定技术研究

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1、硕士学位论文扫频干涉测距振动补偿中单频激光频率标定技术研究RESEARCHONSINGLEFREQUENCYLASERFREQUENCYCALIBRATIONTECHNIQUEFORSWEPTFREQUENCYINTERFEROMETRYRANGING霍智翔哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH741.4学校代码：10213国际图书分类号：681.2密级：公开工程硕士学位论文扫频干涉测距振动补偿中单频激光频率标定技术研究硕士研究生：霍智翔导师：甘雨讲师申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学

2、位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH741.4U.D.C:681.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSINGLEFREQUENCYLASERFREQUENCYCALIBRATIONTECHNIQUEFORSWEPTFREQUENCYINTERFEROMETRYRANGINGCandidate：HuoZhixiangSupervisor：Lelct.GanYuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialit

3、y：InstrumentandMeterEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June，2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要扫频激光干涉测距系统是一种利用经过频率调制的激光，将被测距离产生的时间差转化为光频频差的测距方法，具有非合作目标测量能力，无需导轨，是一种理想的高精度大尺度绝对距离测量方法。受多普勒效应影响，该测量方法对被测物体相对运动极为

4、敏感，从而导致测距精度严重恶化，为保证实际环境中的高精度测量，对被测目标运动引起的测距误差必须进行补偿。通过激光测振仪与扫频干涉测距装置共光路测量设计，对被测目标振动同步测量，提取振动信息后对扫频干涉测距信号进行补偿是一种有效的手段，受激光器自身工作温度变化及测量环境影响，激光测振仪中的单频激光器光频率产生飘移，影响测振精度，从而导致绝对距离测量精度下降。针对该问题，本文提出了基于外差干涉光谱测量的单频激光频率在线标定方法，实现了激光测振仪中的单频激光器频率在线高精度标定，论文主要进行了以下研究工作：首先，研究了扫频激光干涉测量系统测距原理和利用激光测振仪

5、的同步振动补偿原理，分析了单频激光频率的飘移对振动补偿精度的影响，建立了误差理论模型，并仿真分析不同相对运动形式下、不同光频飘移量对扫频干涉测距精度的影响，为本论文的实验研究提供了理论基础；其次，研究了基于外差干涉的高精度高分辨率的光谱测量方法，建立了外差干涉光谱测量理论模型，分别设计并搭建了外差干涉光谱测量拍频光路和实时波长标定模块。针对不同的参数，特别是滤波器和功率探测器参数对系统进行了仿真分析与实验测试，对比了不同滤波器类型、参数对最终测量分辨率的影响，确定最佳的系统参数。搭建了实验装置，通过实验测试得到光谱测量的波长标定精度为0.1pm，光谱分辨力

6、为6MHz（约合50fm），动态范围为35dB；最后，将上述方法与扫频干涉测距有机融合，搭建了基于单频激光频率在线标定的动态扫频干涉测距装置，进行了不同相对运动形式下的测距实验，通过与高精度运动位移平台进行的比对测试，从实验验证了激光测振仪中单频激光器频率飘移对测距精度的影响，与理论仿真结果相一致。通过外差干涉光谱测量对单频激光频率在线标定，实现了单频激光器不同飘移量引入的绝对距离测量误差均优于0.06μm，有效提高了扫频干涉测距对动态目标I摘要的测量精度。关键词:干涉测距，振动补偿，光频测量II摘要AbstractSwept-frequencylaser

7、interferometryrangingsystemisahigh-precisionrangingsystemthatusesafrequency-modulatedlasertoemitafrequency-modulatedlaserlightsourcetomeasuretheabsolutedistanceoftheobjecttobemeasured.Scalardistancemeasurementofeffectivemeans.However,thissystemissensitivetovibration.Thedistancemea

8、surementresultwillamplifythevibra