HP5510自动补偿器分辨率分析及提高近一个量级的方法

　　引言

　　激光在真空中的波长入0仅与频率f有关。若f不变或稳定度极高，则可认为入0不变。在大气中传输时，激光波长入不仅与了有关，还与空气折射率N有关。空气折射率是空气温度、相对湿度、大气压力和气体成分的函数。在高精度的测量与控制系统中，空气折射率N的测量不仅是必须的，还必须保证测量的精度和分辨率。关于大气参数和成分与折射率的关系，物理界已做了大量工作[1]。概括起来说，大致可分两大类。

　　(1)直接法:用干涉仪测量空气折射率。这种方法精度高，但实现困难较大，且无法对材料膨胀进行补偿。

　　(2)间接法:由电子传感器对空气温度、压力、湿度等进行测量，然后根据公式计算出空气折射率。较新的空气折射率计算公式是Edlen1965年得到的，其准确度可达土5XI0-8[2].此公式具有代表性，反映了间接法的测量水平，但在超高精度测量中不是一个理想方法。

　　除应考虑光波长因素外，还应考虑材料膨胀带来的误差，当材料膨胀系统在10X10-6(loppm)量级时，其影响上升为第一位。

　　HP5510自动补偿器，利用电子方法，将空气参数、材料温度均予以采集处理、计算出总补偿因子CT，可将激光测量值校正为材料在20℃时的真值，作者在工作中使用了HP公司这方面的激光测量仪器。实际测控中，发现系统精度、分辨率不够，于是对HP5510进行了分析，得出了将分辨率提高近一个量级的方法，这种方法简单易行，解决了我们工作中的间题，可避免费功对HP5510进行改造。

　　2双斜积分器工作原理

　　HP551oA采用分立元件搭成的双斜积分器配以门限检测电路、数字计时和控制电路构成高精度、高稳定度A/D变换器。其工作原理见图1。

　　当积分器输入端输入一大小不变的直流电流Ix时，积分器输出电压V0为一斜坡函数，应斜坡函数的斜率与输入电流幅度成比例，即:

　　3材料温度TM的测量

　　国际上和我国公认20℃为标准温度，物体在20℃下的长度称为其“真值”。一般的恒温室均恒温于标准温度20℃附近。如20℃士0。2℃，20℃士O。5℃，分别称之为0.2级、0.5级。HP5525、HP5527、HP5529等均要求室温恒温于20℃附近。当用HP5510A测材料温度TM时，送到双斜积分器输入端的是(TM一20℃)对应的电流，称之为ITM。其测量过程示意图见图2。设t1、t2单位为ms，则:

  4测量总补偿因子CT时TM的分辨率

         从(1)可知:空气温度变化1℃，CT变化IX10-6空气湿度变化80%，CT变化IXl0-5;空气气压变化2333Pa，CT变化1x10一6。一般的感光玻璃干板膨胀系数Ec从8.5一9.7不等[3]则材料温度TM变化1℃，CT变化(8.5~9.7)lx10-6。这说明T材影响最大。所以有必要分析了HP551O计算CT时T的分辨率是否仍为0.1℃。若是，则会严重影响测量精度。测CT时TM部分的计算过程见图3。