提高激光干涉测量系统精度的方法与途径

　　单频激光干涉系统被广泛应用于长度测量领域，其优点是测量范围广且测量精度高，但同时对测量环境条件要求较高，其稳定性、分辨率和测量精度容易受到环境温度、湿度、气压、振动以及仪器结构设计等因素的影响[1].因此，提高激光干涉测量系统的精度要从以下两方面人手:①合理设计机械结构及光学元件布局，尽量使影响测量精度的各种因素由干涉仪自身予以消除[2];②在干涉信号中还存在非正交误差、不等幅误差及直流电平漂移误差[3]，严重影响着细分精度，需要对其进行补偿修正，以保证整套系统的测量精度.

　　1干涉测量系统结构设计的优化

　　激光干涉测量系统的结构原理如图I所示.组成该系统的光学元件，除角锥棱镜2,5固定在导轨滑架两端以外[4]，其余均固定在横跨导轨的主支架上.从图中可以看出，激光器发出的光束经分光镜I分成两束光:一路反射光经过角锥棱镜2 ,3多次反射，平移一段距离后返回分光镜I，形成一路测量光束a;另一路透射光，经反射镜4反射，到达角锥棱镜5,6，经过多次反射平移一段距离后回到反射镜4，再经反射回到分光镜1，形成另一路测量光束b.两路光在分光镜1重新汇合，产生干涉.干涉条纹信号由反射镜7反射，被分光镜8分成两部分，由光电接收器D1,D2来接收转换，获得相位差为90°的两路按正弦规律变化的电信号.

　　当角锥棱镜2和5所在的导轨滑架向左移动△L时，测量光束a的光程增加了4 ΔL，而测量光束b的光程减少了4 ΔL，这样光程差

　　因此可以产生 λ0/(8n)的光学细分，即导轨滑架每移动 λ0/(8n)，光电接收器输出信号就会变化一个周期，于是便得到了这套干涉系统测长的基本公式，即

　　如果用计算机对干涉信号再进行200细分，则该干涉测量系统的理论分辨率

　　与普通的迈克尔逊干涉仪相比，该系统的结构布局具有特点:①将长度信息直接转化为多倍光程差，即通过光学细分的方法，使干涉系统的分辨力提高了4倍，这将有助于提高干涉系统的抗干扰能力和测量精度;②干涉系统受到的扰动主要来自于环境温度、湿度以及气压等引起的空气折射率的变化[5].在图1所示的系统中，空气折射率变化δn引起的光程变化为

　　2干涉信号的误差补偿

　　2.1干涉信号的处理

　　由于干涉条纹对比度不为1并受到外界干扰，从光电接收器输出的信号中除含有交流成分外，还含有直流成分，所以必须首先调整信号中的直流分量.为此采用如图2所示的直流电平调整电路.通过改变放大器同相输人端的电压，达到消去直流电平的目的.