基于光纤色散相位补偿的高分辨率激光频率扫描干涉测量研究

为了实现更高分辨率的激光频率扫描干涉测量,增大光源的扫频范围以及减小扫描频率的非线性成为关键.采用外腔式大带宽扫频光源结合光纤辅助干涉仪构建的外部时钟频率采样非线性校正是目前较为常用的方法.本研究发现随着扫频带宽和测量范围的增加,光纤辅助干涉仪与测量光路中存在的色散失配导致频谱出现严重展宽,极大的降低了测量的分辨率.本文建立了辅助干涉仪和测量干涉仪色散失配影响的理论模型,利用该模型分析了扫频带宽和测量范围与测量分辨率的变化关系,与实验结果相一致,并进而提出了基于峰值演化消畸变的色散相位补偿方法,有效地提高了测量的分辨率,在2.53 m处实现了接近理论值的64.5μm的测量分辨率.该色散失配模型及补偿方法为提高大尺寸激光频率扫描干涉仪的测量分辨率及测距范围提供了参考.

一种光纤组量程扩增的激光频率扫描干涉绝对测距系统

为解决激光频率扫描干涉(FSI)测距系统随着目标距离增大测量精度下降的问题,提出了一种利用光纤组量程扩增技术实现大尺寸绝对测距的精度补偿方法。采用参考光路光程可变递增的方法,建立了光纤组量程扩增的激光频率扫描干涉绝对测距系统,通过FSI原理实现了量程扩增部分光程差的自标定。对应不同测量目标,通过粗测和精确测量,实现了系统原点自标定、光纤通道切换和目标值的精确测量。实验结果表明,在测量距离大于3 000mm后,光纤组量程扩增测距系统具有更高的绝对距离测量重复精度,在6 700mm目标位置的绝对距离重复精度比FSI测距系统的重复精度提高了2.4μm,并且在大尺寸测量方面更具有一定的优势。

基于振动抑制高精度宽带激光扫频干涉测量方法

本文研究了基于振动抑制的高精度宽带激光扫频干涉测量方法.在激光扫频干涉测量中振动引起目标位移,导致在测量信号拍频中叠加了多普勒频移,该频移量通常远大于目标实际位移产生的频率变化,直接计算目标距离将造成测距精度下降.为解决该问题,本文首先建立了振动对宽带激光扫频干涉测距系统的影响模型,分析了振动对测距的影响机理,通过对测量系统的色散失配效应进行补偿降低了色散影响,然后对测量信号进行交叠分时Chirp Z变换计算不同时刻目标距离,进一步结合卡尔曼滤波方法对目标距离信息进行状态估计,使测量的标准差由185.4μm降低到9.0μm,有效降低了环境振动对测量结果的影响,提高了测量精度.该方法在不需要改变激光扫频干涉绝对距离测量装置的条件下,为进一步提高振动环境中的测距精度提供了解决方法,降低了装置复杂度和成本.

LGA-4100激光气体分析系统应用原理分析与研究

对LGA-4100激光气体分析系统的实施与应用进行分析与研究,从测量原理、安装要点以及激光分析仪表的三大优势——激光频率扫描技术、单线光谱技术、谱线展宽自动修正技术来阐述LGA-4100激光气体分析系统的重要性。

用于离轴积分腔输出光谱的非对称拟合算法设计

目的:研究离轴积分腔光谱技术(OA-ICOS)在实际应用中快速的激光扫描造成吸收谱线非对称,而传统的线型拟合函数无法满足,导致拟合误差大,测量精度低的问题。方法:介绍了一种基于OA-ICOS的非对称拟合算法用于拟合非对称吸收谱线,提升测量精度。该算法从OA-ICOS的原理出发分析导致谱线非对称的原因,并结合Voigt线型函数引入非对称特征,获得含非对称因子的谱线拟合函数。结果:在实验中,分别设置激光扫描频率为50 Hz、150 Hz、300 Hz时,利用Voigt拟合算法得到的吸收峰中心位置偏移量分别为4×10^(-3) cm^(-1)、4.8×10^(-3) cm^(-1)、6.2×10^(-3) cm^(-1),使用非对称拟合算法得到的吸收峰位置偏移仅分别为2.4×10^(-3) cm^(-1)、2.4×10^(-3) cm^(-1)、1.5×10^(-3) cm^(-1)左右。结论:在快速激光扫描频率下,该算法能够更准确地拟合非对称吸收光谱信号,从而提高了拟合精度。