一种基于光学倍乘原理的绝对距离干涉测量系统

　　1　引　言

　　绝对距离干涉测量技术,是指不需要在两测量点之间架设测量导轨就可以测量两点之间距离的方法,也称之为无导轨测量。对于大尺寸长度测量,采用传统的干涉测量方法需要一个长度大于被测距离的导轨,这样作既不经济,加工检测也比较困难。因此,无需导轨的绝对距离测量是一种更适合于应用在大尺寸长度测量中的方法。绝对距离测量技术大致可分为两种:一种是以小数重合法为理论基础的多波长激光干涉测长,另一种是以雷达测距技术为基础的线性调频激光外差干涉测长。不同于上面两种方法,文中所介绍的这套干涉测量系统是基于光学倍乘和白光干涉的原理。测量之初先精密的测量一段短距离,我们称之为标准长度。被测的实际距离接近于这段标准长度的整数倍,因此只要测定出被测距离与倍乘后的标准长度之间的差值就能够计算出实际被测距离。这套干涉测量系统在光学设计、信号采集与处理方面都作了相应的考虑,对于这类系统的设计具有一定的参考意义。

　　2　系统原理

　　图1是系统的结构图。系统所依据的原理是白光干涉定位和光学倍乘的原理。在实际测量之前,要对标准具作在位标定,以确定标准长度。标准长度的确定需要参考镜在精密导轨上作一次全程扫描。标准具长度的确定是通过确定两次白光定位干涉点之间的距离来确定的。定位点的确定采用了白光干涉的原理,定位点之间的距离的测定采用了外差干涉仪的有导轨测距技术。当参考镜在导轨的右侧时,在探测器上接受到的干涉信号是通过标准具的零级透射光分光后经过参考和测量回路在探测器上迭加所形成的。当参考镜在导轨的左端时,形成干涉信号的是经过参考光路的标准具的零级透射和经过测量光路的标准具的一级透射光。标准具的零级透射光和一级透射光之间在光程上相差标准具长度的两倍。白光干涉定位被用来确定两次干涉的零光程差点,两次干涉的零光程差点之间的距离采用外差干涉仪测出,这样精密导轨的长度只需要长于标准具的长度就可以实现测量。实际测量时,要测出两次干涉定位之间的距离与标准具长度的整数倍之间的差值就能够确定实际被测距离。光路的调整要使光束的传播方向与导轨的运动方向的平行,否则参考镜的扫描移动就会使参考光束折返回到探测器上的位置发生改变,无法形成干涉信号。光学倍乘是依靠光束在标准具内多次反射实现的,因此要保证光束与标准具两端面的垂直,这样测量时才能够保证多级透射光在探测器上是重合的.

　　3　系统结构

　　3.1　光源的选择