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《高精度激光干涉测量中环境误差因素的综合补偿》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第26卷第4期光电工程Vol.26,No.41999年8月Opto-ElectronicEngineeringAugust,1999文章编号:1003-510X(1999)04-0028-06高精度激光干涉测量中环境误差因素的综合补偿李东光,张国雄,曲军(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072)摘要:分析了高精度激光干涉测量中环境误差因素对测量的影响;针对不同情况,提出了两种对空气折射率进行实时误差补偿的方法。关键词:激光干涉测量,空气折射率,误差补偿。中图分类号:O436.1文献标识码:AComprehensiveCompensationforthe
2、EnvironmentalErrorFactorinHigh-AccuracyLaserInterferometryLIDong-guang,ZHANGGuo-xiong,QUJun(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstruments,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Theeffectoftheenvironmentalerrorfactorontheaccuracyofhigh-accu-racylaserinterferometryi
3、sanalyzedinthepaper.Inviewofthedifferentcases,tworeal-timecompensationmethodsfortheerrorofairrefractiveindexareproposed.Keywords:Laserinterferometry,Airrefractiveindex,Errorcompensation.CLCnumber:O436.1引言激光干涉仪以其特有的大测量范围、高分辨率和高测量精度等优点,在精密和超精密测长领域获得了广泛的应用。伴随着电子学、光学的发展并与计算机相匹配,加之丰富的应用软件和各种附件
4、,使激光干涉仪不仅能测量线位移、线速度,还能测量小角度以及各种形位误差等收稿日期:1998-06-04;收到修改稿日期:1998-10-26基金项目:国家自然科学基金资助研究项目(59605018)作者简介:李东光(1965-),男(汉族),天津人,讲师,博士生,从事仪器智能化和光电检测技术研究。1999年8月李东光等:高精度激光干涉测量中环境误差因素的综合补偿29几何量。图1是两种位移激光干涉仪的示意图。图1(a)是普通的线位移测量干涉仪;图1(b)则是X-Y坐标测量机中常用的结构,用平面镜代替角锥棱镜,由于测量臂中光线的两次通过使分辨力提高了一倍。从激光器出射的光经扩
5、束后被偏振分光器分成测量光和参考光,分别经测量靶镜和参考镜反射后,回到分光镜再次会合产生干涉,在光电接收器件上成象并由后续电路记图1(a)线位移测量干涉仪的普通结构图1(b)广泛用于坐标测量机线位移测量的Fig.1(a)Constitutionofthecommonlinear平面镜反射干涉仪,分辨力为1(a)的两倍displacementmeasuringinterferometerFig.1(b)Flatmirrorreflectioninterferometerisextensivelyappliedtolineardisplacementmeasurementof
6、coordinate录干涉条纹数的变化。干涉条纹数的变化反measuringinstrument.ItsresolutionistwiceofFig.1(a)映的是干涉仪两臂光程差OPL的变化。BOPL=∫n(x,y,z)dS(1)A这样,由干涉仪测出的光程差变化是由靶镜的物理位移和环境变化造成空气折射率变化而共同引起的。在高精度位移测量中如何分离出这两种变化是一个最主要的问题。用激光干涉仪测量位移是累积干涉条纹变化数Facc。而条纹计数测得的是光程以真空波长为单位的长度,所以OPL=Facc(v/2)。环境变化造成空气折射率的变化,即使物理位移为零条纹数仍然会变化,从
7、而引入测量误差,这就需要进行修正,我们称为环境误差补偿。环境误差补偿是在空气中进行测量的关键问题。空气折射率的影响是很大的,并且其主要依赖于空气温度、压强和相对湿度的变化。大气温度每变化0.01℃,气压每变化3Pa,相对湿度每变化1%都-8会引起折射率产生10的变化。另外,由于空气的热导率很低,这使得难以获得一个均匀一致的测量环境。光学元件,例如分光镜、反射镜及波片均具有较高的折射率和较差的热导率,这使-7得测量要获得重复性为10的高精度是十分困难的。传统的补偿方法是假设环境是均匀一致且变化缓慢的。从而测得某一点环境数据来代表
