[实用新型]一种基于光程补偿技术的激光测量装置

说明书

本实用新型公开了一种基于光程补偿技术的激光测量装置。激光器输出的激光束被分光棱镜分成一路探测光束、一路本振光束。探测光束用以目标测量；本振光束经过安装于压电陶瓷的反射镜反射后进入液晶体，在液晶体内经过多次反射后到达安装于另一压电陶瓷的反射镜，经过反射后进入平衡探测器。通过控制加载于压电陶瓷和液晶体的电压以改变本振光束进入液晶体的角度和液晶体的折射率，实现本振光束的传输光程连续改变，最终实现本振光束与信号光束的光程匹配，减小相位噪声，提高接收灵敏度。

技术领域

本实用新型涉及一种基于光程补偿技术的激光测量装置，属于激光传感和激光干涉测量领域。

背景技术

激光干涉测量具有抗干扰能力强、测量精度高、频率和相位响应出色等特点而被广泛应用于测量领域。但随着加工及测量技术的发展以及应用领域的扩展，对测量精度、测量范围以及工作距离等提出了更高的要求。

为获取高的测量精度，在采用精密加工技术以及系优化系统结构和优化电路设计等措施后，激光干涉测量系统中本振光束和探测光束的光程不匹配引入的相位噪声成为制约提高测量精度的主要因素。特别是对远距离目标的测量，随着工作距离的增加，光程失配加剧，激光的相干性减弱，相位噪声增大，降低测量精度。

激光源在一个扫频周期内的瞬时频率为：

v＝v₀+γt

在测量系统中，激光器发出的光信号可表示为

式中为光源在t时刻的瞬时相位。

若工作距离为x₀，则接收到的探测光和本振光的信号间的时间延迟为：

c为真空中的光速，n为大气的折射率，则测量输出的拍频信号的频率为：

那么最终到达探测器的探测光和本振光产生的光电流可以表示为；

拍频信号的频率由反射信号和参考信号的光程差决定，而其强度则正比于反射信号的强度。激光器因线宽有限而产生的相位噪声，将直接体现在相干检测信号中。这里令激光器的相位噪声使得

考虑到激光器线宽具有洛伦兹函数的特性，相位噪声方差可表示为

式中Δv₀为激光线宽对检测到的拍频信号的自相关函数进行傅里叶变换可得信号的功率谱密度：

式中τ_c＝1/(πΔv₀)为激光器的相干时间，取决于Δv₀。功率谱密度函数中的第一项冲击响应为平均光功率，对应混频后的直流信号第二项冲击响应是拍频信号，信号峰值由反射系数决定，并且以系数τ/τ_c呈指数衰减。第三项呈现为连续谱特性，表征了激光相位噪声的影响激光的线宽。

可知，有限的激光器线宽(即相干长度)的对测量系统的影响主要表现为影响拍频信号的强度，拍频信号强度以系数τ/τ_c呈指数衰减，随着工作距离的增加，延迟时间τ增加，信号衰减将加剧，信号检测灵敏度大大降低。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种基于光程补偿技术的激光测量装置，其特征在于：所述装置包括激光器、分光棱镜、二分之一波片、四分之一波片、反射镜、液晶体、压电陶瓷、压电陶瓷驱动器、控制器、平衡探测器和信号处理器；