[发明专利]激光干涉非线性误差自补偿方法及装置

权利要求书

1.一种激光干涉非线性误差自补偿装置，其特征在于：其包括：干涉测量模块(1)、光学解调制模块(2)、调频控制模块(3)、控制及信息输出模块(4)；

控制及信息输出模块(4)的作用是：①产生光频控制信号，并发送至调频控制模块(3)；②对光学解调制模块(2)输出的干涉信号进行处理，得到被测对象的当前位置测量值；所述干涉信号包括干涉信号的整数级次和小数级次；③根据被测对象的当前位置测量值计算得到干涉信号小数级次的理论值；④根据测量得到的干涉信号的小数级次以及计算得到的干涉信号小数级次的理论值之间的关系，对干涉测量模块(1)的非线性误差进行补偿；

调频控制模块(3)的作用是：根据控制及信息输出模块(4)发送来的光频控制信号，输出光频控制信号指定频率的激光，并将其输出至干涉测量模块(1)；

干涉测量模块(1)的作用是：利用调频控制模块(3)输入进来的指定频率的激光对被测对象的位移变化进行测量，得到相互正交的第一正弦信号和第二正弦信号，并将其输出到光学解调制模块(2)；

光学解调制模块(2)的作用是：对干涉测量模块(1)发送来的相互正交的第一正弦信号和第二正弦信号进行处理，得到被测对象的当前位置的干涉信号，并将其发送至控制及信息输出模块(4)；

各模块的连接关系为：

控制及信息输出模块(4)的输出端与调频控制模块(3)的输入端连接；调频控制模块(3)的输出端与干涉测量模块(1)的输入端连接；干涉测量模块(1)的输出端与光学解调制模块(2)的输入端连接；光学解调制模块(2)的输出端与控制及信息输出模块(4)的输入端连接。

2.一种激光干涉非线性误差自补偿的方法，其特征在于：其具体操作步骤为：

步骤一、得到激光干涉非线性误映射表；

通过激光变频的测量方法得到一个干涉周期内被测对象的干涉信号的小数级次ε_i与干涉信号测量值的非线性误差Δε_i的对应关系，并保存于激光干涉非线性误映射表；

步骤二、对测量阶段产生的激光干涉非线性误差进行自补偿；

在步骤一操作的基础上，对测量阶段产生的激光干涉非线性误差进行自补偿。

3.如权利要求2所述的一种激光干涉非线性误差自补偿的方法，其特征在于：步骤一中所述得到激光干涉非线性误映射表的具体操作步骤为：

步骤1.1：固定被测对象与干涉测量模块(1)的相对位置；从外部向控制及信息输出模块(4)输入光频控制信号的频率范围[F₁,F₂]；同时设定频率步长，用符号Δf表示；

步骤1.2：设定i为一个变量，并设定其初始值为0；

步骤1.3：控制及信息输出模块(4)产生第i个光频控制信号，其指定的频率用符号f_i表示；如果i＝0，f_i为[F₁,F₂]范围内的任意一频率值；否则，f_i＝f_i-1+Δf；

步骤1.4：控制及信息输出模块(4)判断f_i≤F₂是否成立，如果成立，则将第i个光频控制信号发送至调频控制模块(3)；否则，完成激光干涉非线性误映射表的制作过程，执行步骤二的操作；

步骤1.5：调频控制模块(3)根据控制及信息输出模块(4)发送来的第i个光频控制信号，输出频率为f_i的激光，并将其输出至干涉测量模块(1)；

步骤1.6：干涉测量模块(1)利用调频控制模块(3)输入进来的频率为f_i的激光对被测对象的位移变化进行测量，得到第i组相互正交的第一正弦信号和第二正弦信号，并将其输出到光学解调制模块(2)；

步骤1.7：光学解调制模块(2)对干涉测量模块(1)发送来的第i组相互正交的第一正弦信号和第二正弦信号进行处理，得到被测对象的干涉信号，并将其发送至控制及信息输出模块(4)；用符号N_i表示被测对象的干涉信号的整数级次；用符号ε_i表示被测对象的干涉信号的小数级次；

步骤1.8：如果i＝0，则信息输出模块(4)判断此时ε_i是否为0；如果ε_i＝0，则执行步骤1.9的操作；如果ε_i≠0，则通过调整f₀的值，使f₀的值为最接近F₁，并且使光学解调制模块(2)得到的干涉信号的小数级次ε_i的值为0；然后执行步骤1.9的操作；如果i≠0，直接执行步骤1.10的操作；

步骤1.9：当i＝0，信息输出模块(4)利用光学解调制模块(2)得到的干涉信号的整数级次N_i，通过公式(1)计算被测对象的位移变化量L，此时，由于光学解调制模块(2)得到的干涉信号的小数级次ε_i为0，因此计算得到的被测对象的位移变化量L不存在误差；然后，使i的值自增1，重复执行步骤1.3至步骤1.12的操作；

L=λi2×Ni---(1)]]>

其中，λ_i为当前测量激光波长，可通过公式(2)得到；

λi=cfi---(2)]]>

其中，c为真空中光速；

步骤1.10：当i≠0，信息输出模块(4)通过公式(3)计算得到被测对象的干涉信号的理论值，用符号M_i表示；然后由M_i得到被测对象的干涉信号小数级次的理论值ε′_i，ε′_i即为M_i的小数部分；

L=λi2×Mi---(3)]]>

步骤1.11：信息输出模块(4)通过公式(4)计算得到干涉信号测量值的非线性误差，用符号Δε_i表示；

Δε_i＝ε′_i-ε_i  (4)

步骤1.12：信息输出模块(4)将光学解调制模块(2)测得的被测对象的干涉信号的小数级次ε_i以及干涉信号测量值的非线性误差Δε_i保存至激光干涉非线性误映射表中；然后使i的值自增1，重复执行步骤1.3至步骤1.12的操作。