双纵模He一Ne激光无导轨大尺寸测量仪研究

　　0引言

　　随着重工业、航空航天、造船、汽车、无线电工业的发展，对大型零件的尺寸及形位精度的要求越来越高，由于被测零件尺寸及重量大，一般只能在现场测试，其测量范围在几米至几十米范围内。常用的测量机之类的设备不能满足现场使用的要求。目前常用的测量方法是以光电经纬仪、全站经纬仪及近年来出现的激光跟踪仪构成的大尺寸测量系统，其测试过程极为复杂，而且昂贵，测量精度也不完全令人满意。用多波长激光作光源、以拍波干涉为测量原理的无导轨大尺寸测量技术，一直被认为是很有希望能真正解决大型工件大尺寸现场测量的技术手段之一。但长期以来，受多波长激光器性能(拍波波长稳定度)及节点定位精度的限制，一直未有较大进展l’}。

　　文中介绍一种以双纵模热稳频He一Ne激光为光源的无导轨大尺寸测量系统，由于两纵模生成于同一振腔内具有天然同轴的优势，在整个测量范围内不会发生光束分离，而且它具备两纵模频差稳定度(即拍波波长稳定度)与激光频率稳定度相同的特性;采用过零定位法的节点探测器，还有由同一光源分出来测量节点和起点、终点距离的双频干涉仪，分辨力为0.08林m。整个系统的测量不确定度可达30协m八om。

　　1双纵模热稳频He一Ne激光源的工作原理及特性

　　获得双纵模热稳频He一Ne激光源的原理为:选用具有合适谐振腔长的激光管，使谐振腔内只可能同时存在2个纵模。本系统选用的He一Ne激光器腔长约190Inln，模间隔约790MHz，拍波波长约380mm。通过直接控制放电电流来精确地控制激光管谐振腔长度，使腔长变化总是倾向于有利在模竟争中已处于劣势的那一个模变强，则可使两个纵模同时并存，并使两模式输出光强相同，从而达到目的。稳频系统组成如图1所示。在图1中，相互垂直的以布儒斯特角放置的两个玻片分别将偏振方向相互正交的两个模式的激光反射到光电池，两只光电池是极性反向联接的，如果有一个模减弱，则接收该模光信号的光电管输出电压下降，差动放大器得到一个不平衡输入电压，经放大后输出控制电压经光电祸合器和受控调压电桥控制激光电源的电压，使激光器放电管的放电电流加强或减弱，这使谐振腔的长度向着有利于减弱的那个模的方向变化。这样便可使两个相邻纵模同时并存。时间比较电路能够自动测量激光器的换模周期。当激光器从冷到热开始工作时，换模周期不断变长，一定的周期说明激光器已被预热到一定程度。时间比较电路保证在到达设定的周期长度时，使装置由预热状态转入正常工作状态。