基于双向吸收光谱精准标定的光频扫描干涉绝对测距

本文研究了光频扫描干涉绝对测距的长度基准精准标定方法.利用气体吸收光谱在线标定测距系统中作为长度基准的延时长光纤光程,并提出利用加权线性最小二乘方法解决不同吸收谱峰不确定度的差异.针对吸收光谱标定光纤光程重复精度低的问题,提出了利用双向吸收光谱特征融合的方法提升光纤光程标定精密度.针对吸收谱峰绝对光频准确性不足的问题,提出单一吸收光谱比例系数的标定方法,相较于逐一校准谱峰光频的思路更为简单直接,提升了光纤光程标定准确度.为验证上述方法的有效性,分别进行了重复精度评估实验、比例系数标定实验以及精度比对实验.实验结果表明,标定164 m光纤光程的标准差为10-30μm,在系统温度上升及温度稳定条件下,0-10 m及0-15 m的测量范围内,测距标准差不大于5μm,测距比对残差不大于±4μm,显示了该系统良好的测距性能.

基于互补集合经验模态分解结合希尔伯特变换的光频扫描干涉信号相位提取方法

光频扫描非线性会影响光频扫描干涉(FSI)信号的相位提取精度,进而降低扫频干涉测距精度。针对这一问题,本文提出了一种基于互补集合经验模态分解结合希尔伯特变换(CEEMD-HT)算法的干涉信号相位提取方法。在CEEMDHT算法进行理论推导和仿真分析的基础上,通过仿真验证了该算法对非平稳扫频干涉信号相位求解的有效性。进一步采用FSI实验系统中的真实输出光频率作为仿真条件进行了仿真实验,仿真结果表明CEEMD-HT算法对干涉信号相位的求解精度以及FSI测距精度都有显著的改善。最后,通过FSI测距系统的测距实验对所提出的干涉信号相位提取方法进行验证。结果表明:在2 m自由空间测量范围内,基于CEEMD-HT算法的重复测距精度为2.79μm,相较于EMDHT和直接测量法分别提高了5.19倍和8.28倍。

光频扫描干涉测距信号快速采集与处理方法

光频扫描干涉绝对距离测量系统需校正光频扫描非线性、细化信号距离谱,因此系统的数据采集及处理效率低,难以满足大尺度数字化制造场景中长度测量需求。本文设计的数据采集与处理系统,引入辅助干涉信号作为数字信号采集系统时钟,在信号采集过程中,同时校正等光频采样的光频扫描非线性,因此效率较高。并采用稀疏快速傅里叶变换确定距离谱细化区间,基于细化-快速傅里叶变换实现距离谱细化,有效提高距离的精密解算效率。实验结果表明:本文设计的系统,在数据处理速度方面,较使用线性调频Z变换的传统系统提高10倍以上;与商用干涉仪比对,在15.4~16.1 m等效空间距离范围内,测量结果误差保持在10μm以下,测量重复性优于6μm。

非合作目标光频扫描干涉信号快速检测方法

研究非合作目标光频扫描干涉信号的快速检测方法,采用稀疏傅里叶变换算法快速求解距离谱,通过引入综合Rife算法精密校正距离谱,可大幅提升解算效率,保证解算精度。实验结果表明,所设计的硬件检测单元能够高效采集并处理不同粗糙度、入射距离及入射角度的非合作目标干涉信号,2 MB数据的处理时间为0.1224 s,在12 m范围内测距误差小于13μm,标准差优于10μm。

光频扫描干涉绝对距离测量

随着大型装备制造技术的不断发展,测量尺度的增加与精度需求的提升给现有大尺寸精密测量技术带来了严峻挑战。光频扫描干涉测距在精度、效率、现场适应性、溯源等方面具有良好的综合性能,尤其适合当前工业测量场景下的大尺寸绝对距离测量任务。本文介绍了光频扫描干涉测距的基本原理,总结了关键技术和仪器的研究进展,从提升测量精度与效率的角度出发,探讨了其应用于工业测量领域仍存在的问题、研究方向和发展前景。

相干光时域反射计的光频扫描扩展检测

通过改变微波电光调制器的调制频率,实现光频率扫描。利用光频移产生的后向瑞利散射光干涉图样的变化,可得到传感温度变化信息。基于温度变化前后两次扫描频率曲线的互相关特性及其与温度变化量的对应关系,提出了光频率扫描扩展方案。理论分析和实验结果表明,该方案可有效提高系统的温度测量检测范围。实验中,信噪比提升了2.13 dB,系统可检测的最小温度变化量约为0.029℃。

基于光谱标定的光频扫描干涉绝对测距方法

光频扫描干涉(FSI)绝对测距技术具有精度高、灵敏度高等优点,受到了大型装备制造领域的广泛关注。为获得更高的测距精度,FSI系统中往往需要通过构建光纤辅助干涉仪以实现对光频变化的精密监测。然而,受环境因素以及色散效应的影响,光纤辅助干涉仪的光程难以在测量过程中维持稳定,导致测量精度严重下降。针对这一问题,提出了一种基于光谱标定的FSI绝对测距方法,采用氰化氢(HCN)气体的吸收光谱特征为FSI系统辅助干涉仪光程的在位快速标定提供稳定、精确的光频参考。提出了一种色散失配误差的快速补偿方法以消除光纤辅助干涉仪引入的色散失配误差对测量结果的影响。为验证上述方法的有效性,在20 m的距离上与商用干涉仪进行精度对比实验。实验结果表明,在测量范围内该系统的最大测距偏差小于50μm,测量重复性优于±4μm。