基于高稳定可调谐测尺的相位式激光测距方法与相关技术基础研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51205091
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0511.机械测试理论与技术
- 结题年份:2015
- 批准年份:2012
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2013-01-01 至2015-12-31
- 项目参与者:刁晓飞; 朱凡; 侯滨可; 陈朋; 白洋; 杨千惠; 时玮泽; 邢旭;
- 关键词:
项目摘要
A higher measurement accuracy will be urgent needed to catch up with the future development of large scientific facilities and equipment manufacturing industry, in order to sovle this problem, limiting factors of the measurement precision are deeply analyzed in this project, and then some methods are proposed. First, a method which eliminates integer phase error in phase shift laser range finding based on turning simultaneous measuring wavelength is proposed,in this method, the generation principle of the intger phase error is revealed, and a new combined principle of intege and fractional phase and suitable refined measurement wavelength that keep phase value out of error range is generated, so the integer phase error can be prevent the from occurring. Second, a method based on multi-frequency heterodyne mixing is proposed to get high stable measuring wavelength, in this method, satability model of synchronization wavelength generated by heterodyne frequencies between different multi-frequency is established and then higher stability wavelength is achieved by chaging the influencing factors of the frequency stability from diversification to single factor that clock frequency source influencing factor.Third, a suppression method for phase delay drifts is proposed. In this method, the signal phase delay drift model is established to reveal the influece mechanism of environmental parameters on the phase delay drift, it can improve the theory of phase difference measurement with low drift, high accuracy characteristc.Fourth, comprehensive the methods above and formed a new measurement method and equipment with the characteristics of large scale, ultra-precision and high anti-jamming. It can achieve micron measurement accuracy within measuring range of a few meters to several hundred meters. This project has the potential of wide application prospects in large scientific facilities, and large aerospace equipment manufacturing and other frontier.
未来大科学装置和大型装备制造业将在测量精度方面提出更高的测量需求,本课题针对这一问题,首先,研究一种基于同步测尺微调的整数相位解误差规避方法,揭示整数相位解误差发生机理,通过建立新的整、小数相位结合原则与误差规避测尺求解模型破坏误差形成条件,从原理上消除该误差的产生;其次,探索一种高稳定性同步可调谐测尺产生与调谐方法,建立多频率混频外差式同步测尺的稳定度影响模型,可将测尺的多元化频率稳定影响因素变为单一声光移频时钟频率源影响因素,为设计与集成高稳定性测尺产生装置提供理论基础;再次,研究一种电信号相位延迟漂移抑制方法,通过建立电信号相位延迟漂移模型,揭示环境参数对相位延迟漂移的影响机理,完善低漂移、高精度相差测量理论。最后,有机融合上述方法,形成几米到几百米测量范围、微米级测量精度的新激光测距方法与装置。本项目的研究在未来大科学装置、大型航空航天装备制造等前沿领域中具有潜在的广泛应用前景。
结项摘要
本课题针对未来大科学装置和大型装备制造业将在测量精度方面提出更高的测量需求,研究一种集大量程、高精度、高抗干扰能力为一体的多测尺相位激光测距方法和理论。其主要研究内容及成果如下:.(1)提出了一种基于同步测尺微调的整数相位解误差规避方法。该方法以多级可调谐测尺的同步测量为基础,通过所建立的数学模型求解新精测尺数值,可破坏整数相位解误差产生的条件。经对比试验证明,采用本方法的测量系统能有效识别与消除整数相位解误差,使其整数相位解误差发生的概率从25%降到0,彻底消除了整数相位解误差。.针对此问题的研究成果揭示了整数相位解误差的特征,包括其整数相位解误差发生的条件、大小及概率,消除了由于小数相位值0与2π在物理表现形式上的一致性及跳变而造成的整数相位解不确定性及其引起的误差。其研究成果发表SCI论文2篇。申请发明专利8项。.(2)提出了一种基于多频率混合外差的粗精测尺同步产生与调谐方法。该方法产生的测尺信号降低了激光频率漂移及共模噪声对测尺频率的影响,变多元化频率稳定度影响因素为单一声光移频时钟频率源影响因素,实现了高稳定性测尺的输出。实验结果表明,当采样时间为 时,其allen方差的精测尺频率稳定度从现有方法的 量级提高到 。.针对此问题的研究成果揭示了利用混频外差方式获得测尺方法的测尺频率稳定度影响机理,并建立了测尺稳定度模型,为高稳定性测尺产生设备的设计与集成提供理论基础。其研究成果发表在SCI论文3篇,EI论文2篇,并申请国家发明专利8项。.(3)针对大尺寸多测尺相位激光测量中,由于环境干扰引起的电信号的相位延迟漂移问题,提出一种电信号相位延迟漂移抑制方法,该方法通过建立电信号相位延迟漂移模型,揭示环境参数对相位延迟漂移的影响机理,并针对影响较大的温度因素,建立了光电转换电路的恒温阱控温结构,有效抑制了外界环境干扰、电路板自热及元器件非理想特性对电信号相位延迟漂移的影响。.针对此问题的研究成果揭示了环境干扰对电信号相位延迟漂移的影响机理,为低漂移、高精度相差测量设备的设计与集成提供理论基础。此研究成果发表EI论文2篇。.(4)依据以上方法对测量系统进行了整体设计,并搭建了测量系统通过在100m范围内的测长实验证明其相对测量精度为6.3×10-7的测量。.(5)课题组发表相关SCI论文5篇;EI论文4篇,申请专利16项。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
Sub-nanometer periodic nonlinearity error in absolute distance interferometers
绝对距离干涉仪中的亚纳米周期性非线性误差
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:Review of Scientific Instruments
- 影响因子:1.6
- 作者:Hu, Pengcheng;Zhu, Pengfei;Tan, Jiubin;Fan, Zhigang
- 通讯作者:Fan, Zhigang
Frequency stabilization of an internal mirror He-Ne laser with a high frequency reproducibility
具有高频率再现性的内镜氦氖激光器的频率稳定
- DOI:10.1364/ao.52.000456
- 发表时间:2013-01-20
- 期刊:APPLIED OPTICS
- 影响因子:1.9
- 作者:Diao, Xiaofei;Tan, Jiubin;Wang, Pengfei
- 通讯作者:Wang, Pengfei
Long-Distance Measurement Applying Two High-Stability and Synchronous Wavelengths
采用两种高稳定性同步波长的长距离测量
- DOI:10.1109/tim.2014.2349231
- 发表时间:2015-03
- 期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement
- 影响因子:5.6
- 作者:Yang, Hongxing;Hu, Pengcheng;Tan, Jiubin
- 通讯作者:Tan, Jiubin
Balanced plane-mirror heterodyne interferometer with subnanometer periodic nonlinearity.nbsp;
具有亚纳米周期性非线性的平衡平面镜外差干涉仪。
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:Applied Optics
- 影响因子:1.9
- 作者:胡鹏程;陈朋;丁雪梅;谭久彬
- 通讯作者:谭久彬
远程高速激光外差信号的高灵敏度探测器研究
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:光电子-激光
- 影响因子:--
- 作者:胡鹏程;杨宏兴;梅健挺
- 通讯作者:梅健挺
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