基于80m测量装置的双频激光干涉仪系统精度及影响因素分析
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表 １ 误 差 来 源
重复性 。激光波 长 的精度 是影 响激 光测 量 系统精 度 的 因
素， 而波长的稳定性是影响系统重复性的因素。 对 于干涉 系统来说 ， 当两测 量 光路 之 间有位 移时 ， 就 会有 干涉条 纹产 生 ， 一条 纹 相 当于 激 光 波 长 的若 干 分 每 之一 。 当波长改 变 时 ， 纹数发 生 变化 ， 条 体现 出的是被 测 距离发 生 变化 ， 实 际上 没有位 移产 生 ， 但 这样 就产 生测 量
冷玉 国等 ： 基
８ｍ 铡量装ｉ 的双频激光干 涉仪 系统精度及影响 因素分析 ０
基于 ８ｍ测量装置的双频激光干涉仪 系统精度及影响 因素分析 ０
Ａｃｕａｙａ ｄ Ｉｆｕ ｎ ｉｇ Ｆ ｃｏｓａ ｏ ｔ ｈ ａ — ｒｑ ｅ ｃ ｃ ｒｃ ｎ ｎ ｅ ｃｎ ａ ｔｒ ｂ ｕ ｅＤｕ ｌ‘ ｅ ｕ ｎｙ ｌ ｔ ｆ
Ｌ ｓｒＩ ｔｒｅｏ ｔｒＳ ｓ ｍ ａ ｅ ｎ ８ ｍ ａｕ ｅ ｎ ｖ ｅ ａ ｅ ｎｅ ｒｍｅ ｙｔ Ｂ ｓｄｏ ０ Ｍｅｓ ｒｍｅ ｔ ｆ ｅ ｅ Ｄｅｉ ｃ
冷 玉 国 陶 磊 徐 健
（ 青海 省计 量检 定 测 试 所 ， 海 西 宁 ８００ ） 青 １０ １
作 台 的任 意位 置上 都 能达 到 同轴 同向的测 量精 度 。但 影
响双 频激 光 干涉仪 系 统 测量 精 度 的误 差 因素 很 多 ， 些 一
量 分辨 率 。该 项误 差也 是 系统 电子 计 数器 的量 化 误 差 。
有一 些 细分 的方法会 产 生测 量 的非 线性 误 差或使 测 量数
Biblioteka Baidu
１ 引 言
精度 和重 复性 的各 误差 因素 的进行 具体 分析 。
（） １激光 波 长 激光 干涉 系统光 源 的频率 稳定 性决 定 了波长 精度 和
８ｍ测 量装 置是 由中 国计 量科 学研 究 院长 度 计量 科 ０
学与 精密 机械 测量 技术 研究 所正 在筹 建 中的大尺 寸计 量 仪器 的实验 室基 准 ， 成 后 此基 准 可 以 比较完 整 地 解 决 建 标准 钢卷 尺 、 线尺 、 光 干涉 仪 、 距 仪 等 的长 距 离 校 基 激 测
干涉仪 系统 测量 精 度 的误 差 分类见 表 １ 。 ３ 影响 系统 精 度误 差 因素 分 析
据产 生 波动 ， 因此需 加入 附加 的误 差 。
在各 项误 差所 引起 的影 响 因 素 中 ， 由环 境 和 安装 调 试 引起 的误差 是 系统误 差 的最 大 因素 。以下对 影 响系统
摘 要： 双频激光干涉仪是一种 以波长为标准对被测长度进行度量 的仪器 ， 经常作为长度测量标准使用 ， 但影 响其 系统精度 的误差 因素很 多。本 文基
于 ８ｍ大长度测量装置对双频激光干涉仪系统精度以及影响 因素进行分析 。 ０ 关键词 ： 测量装置 ； 双频激 光干涉仪 ； 系统精度 ； 影响因素
误差 。
激 光波 长精 度和 稳 定 性 都是 变 值 误 差 ， 就 是 说 它 也 们 都是 被测距 离 的 函数 。对 肿 公 司的 激光 干涉 系 统其 激 光光 源波长 精度 和 波 长稳 定 性 都 用 相 同的表 达 形 式 ， 这 些值 都是在 真空 环境 下给 出 的。此 系统 所用 的激 光头 为 ５ １Ａ， ５９ 激光 头 电缆 为 １８２ 。在标 准 情况 下 ， 光头 ０８ Ｂ 激 的波长精 度为 ±０ １ ｍ， ． 长期 波 长 的稳 定 性 （ 生命 周 期 内） ±００ｗ ／ 短期 波 长 的稳 定性 （ 小时 内） 长 的 为 ．２ ｎ ｍ， １ 波
准 问题 以及 激 光跟 踪 仪 、 纬 仪组 合 系统 等便 携 式 坐 标 经 测量 仪器 的 实 验 室 校 准 问题 。 本 文 旨在 以 ８ｍ 大 长 度 ０ 测量装 置 为基 础 ， 对 影 响 双频 激 光 干 涉 仪 系统 精 度 的 来 各种 误差 因素 进行 分析 。 ２ 系统精 度及 影响 因素
是 由工作 环境 引起 的 ， 些 是 由安 装 调试 引起 的。这 些 一 误差 可分 为 定 值 误 差 和 变 值 误 差 。在 这 里 变值 误 差 用 ｍ表 示 ， 它是测 量 距 离 的 函数 。定 值误 差 不 累 加 ， 它 不是距 离 的 函数 ， 值 误 差 以 定 表 示 。 影 响 双频 激 光
电气误差是定值误差 ， 它等于所选用的双频激光干 涉 系 统 的 最 小 分 辩 计 数 。 此 测 量 系 统 选 用 的 是 Ｈ １７５ Ｐ０７Ａ单光束 干 涉镜 ， 其测 量分 辨率 为 ００ｔｎ ．１ 。 ａ （） ３ 光学 件 的非线性 误差 激光干 涉系 统 中 ， 由于 干 涉 仪 的 光学 件 不 可 能 将 垂 直方 向和水 平方 向 的两 束偏 振 光 完 全 分 开 ， 必 会 影 响 这 系统 的测 量不 确定 度 。 此误 差 就 是 指 光 学件 的非 线 性 ，
稳定 性 为 ±０ ０２ ／ ．０ ｗｎ ｍ。
这里 的 ８ｍ 大 长 度 测 量 装 置 ， 用 的 测 量 标 准 为 ０ 采 Ａ ｉｎ ５ ０ （ Ｈ ｇ ｅｔ ３ 型 原 Ｐ公 司 ） ｌ ５ 的长 距 离 双 频 激 光 干 涉 仪 ， 线 性精 度 能达 到 ０ ４ Ｐ 测 量 分 辨率 为 ０ １ ｍ 由于 此 ．Ｐ Ｍ， ．／ 。 ｚ 测 量装 置采 用 的是三 路 激 光 干 涉 仪 同时 测 长 的方 法 ， 可 以实时测 量 长导 轨 的直 线 度并 补 偿 阿 贝误 差 ， 得在 工 使
（） ２ 电气 误差 在干 涉仪 系统 中 ， 电气 误 差 源 于 光 学件 的测 量 分 辨 率 。干涉 系统 的基 本 分 辨 率 是 激 光 波 长 的 一半 ， ａ ２ 即 ／ （ 采用 角耦 反射镜 ）经 电子 或光 学 细分后 ， 分辨 率可 超 ， 其 出 ａ２ ／ 。在 惠普 公 司生产 的双 频激 光 干 涉 系统 中。 电气 误 差等 于最小 分辩 计 数 的不 确 定 度 ， 电气 误 差 等 于测 即
重复性 。激光波 长 的精度 是影 响激 光测 量 系统精 度 的 因
素， 而波长的稳定性是影响系统重复性的因素。 对 于干涉 系统来说 ， 当两测 量 光路 之 间有位 移时 ， 就 会有 干涉条 纹产 生 ， 一条 纹 相 当于 激 光 波 长 的若 干 分 每 之一 。 当波长改 变 时 ， 纹数发 生 变化 ， 条 体现 出的是被 测 距离发 生 变化 ， 实 际上 没有位 移产 生 ， 但 这样 就产 生测 量
冷玉 国等 ： 基
８ｍ 铡量装ｉ 的双频激光干 涉仪 系统精度及影响 因素分析 ０
基于 ８ｍ测量装置的双频激光干涉仪 系统精度及影响 因素分析 ０
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冷 玉 国 陶 磊 徐 健
（ 青海 省计 量检 定 测 试 所 ， 海 西 宁 ８００ ） 青 １０ １
作 台 的任 意位 置上 都 能达 到 同轴 同向的测 量精 度 。但 影
响双 频激 光 干涉仪 系 统 测量 精 度 的误 差 因素 很 多 ， 些 一
量 分辨 率 。该 项误 差也 是 系统 电子 计 数器 的量 化 误 差 。
有一 些 细分 的方法会 产 生测 量 的非 线性 误 差或使 测 量数
Biblioteka Baidu
１ 引 言
精度 和重 复性 的各 误差 因素 的进行 具体 分析 。
（） １激光 波 长 激光 干涉 系统光 源 的频率 稳定 性决 定 了波长 精度 和
８ｍ测 量装 置是 由中 国计 量科 学研 究 院长 度 计量 科 ０
学与 精密 机械 测量 技术 研究 所正 在筹 建 中的大尺 寸计 量 仪器 的实验 室基 准 ， 成 后 此基 准 可 以 比较完 整 地 解 决 建 标准 钢卷 尺 、 线尺 、 光 干涉 仪 、 距 仪 等 的长 距 离 校 基 激 测
干涉仪 系统 测量 精 度 的误 差 分类见 表 １ 。 ３ 影响 系统 精 度误 差 因素 分 析
据产 生 波动 ， 因此需 加入 附加 的误 差 。
在各 项误 差所 引起 的影 响 因 素 中 ， 由环 境 和 安装 调 试 引起 的误差 是 系统误 差 的最 大 因素 。以下对 影 响系统
摘 要： 双频激光干涉仪是一种 以波长为标准对被测长度进行度量 的仪器 ， 经常作为长度测量标准使用 ， 但影 响其 系统精度 的误差 因素很 多。本 文基
于 ８ｍ大长度测量装置对双频激光干涉仪系统精度以及影响 因素进行分析 。 ０ 关键词 ： 测量装置 ； 双频激 光干涉仪 ； 系统精度 ； 影响因素
误差 。
激 光波 长精 度和 稳 定 性 都是 变 值 误 差 ， 就 是 说 它 也 们 都是 被测距 离 的 函数 。对 肿 公 司的 激光 干涉 系 统其 激 光光 源波长 精度 和 波 长稳 定 性 都 用 相 同的表 达 形 式 ， 这 些值 都是在 真空 环境 下给 出 的。此 系统 所用 的激 光头 为 ５ １Ａ， ５９ 激光 头 电缆 为 １８２ 。在标 准 情况 下 ， 光头 ０８ Ｂ 激 的波长精 度为 ±０ １ ｍ， ． 长期 波 长 的稳 定 性 （ 生命 周 期 内） ±００ｗ ／ 短期 波 长 的稳 定性 （ 小时 内） 长 的 为 ．２ ｎ ｍ， １ 波
准 问题 以及 激 光跟 踪 仪 、 纬 仪组 合 系统 等便 携 式 坐 标 经 测量 仪器 的 实 验 室 校 准 问题 。 本 文 旨在 以 ８ｍ 大 长 度 ０ 测量装 置 为基 础 ， 对 影 响 双频 激 光 干 涉 仪 系统 精 度 的 来 各种 误差 因素 进行 分析 。 ２ 系统精 度及 影响 因素
是 由工作 环境 引起 的 ， 些 是 由安 装 调试 引起 的。这 些 一 误差 可分 为 定 值 误 差 和 变 值 误 差 。在 这 里 变值 误 差 用 ｍ表 示 ， 它是测 量 距 离 的 函数 。定 值误 差 不 累 加 ， 它 不是距 离 的 函数 ， 值 误 差 以 定 表 示 。 影 响 双频 激 光
电气误差是定值误差 ， 它等于所选用的双频激光干 涉 系 统 的 最 小 分 辩 计 数 。 此 测 量 系 统 选 用 的 是 Ｈ １７５ Ｐ０７Ａ单光束 干 涉镜 ， 其测 量分 辨率 为 ００ｔｎ ．１ 。 ａ （） ３ 光学 件 的非线性 误差 激光干 涉系 统 中 ， 由于 干 涉 仪 的 光学 件 不 可 能 将 垂 直方 向和水 平方 向 的两 束偏 振 光 完 全 分 开 ， 必 会 影 响 这 系统 的测 量不 确定 度 。 此误 差 就 是 指 光 学件 的非 线 性 ，
稳定 性 为 ±０ ０２ ／ ．０ ｗｎ ｍ。
这里 的 ８ｍ 大 长 度 测 量 装 置 ， 用 的 测 量 标 准 为 ０ 采 Ａ ｉｎ ５ ０ （ Ｈ ｇ ｅｔ ３ 型 原 Ｐ公 司 ） ｌ ５ 的长 距 离 双 频 激 光 干 涉 仪 ， 线 性精 度 能达 到 ０ ４ Ｐ 测 量 分 辨率 为 ０ １ ｍ 由于 此 ．Ｐ Ｍ， ．／ 。 ｚ 测 量装 置采 用 的是三 路 激 光 干 涉 仪 同时 测 长 的方 法 ， 可 以实时测 量 长导 轨 的直 线 度并 补 偿 阿 贝误 差 ， 得在 工 使
（） ２ 电气 误差 在干 涉仪 系统 中 ， 电气 误 差 源 于 光 学件 的测 量 分 辨 率 。干涉 系统 的基 本 分 辨 率 是 激 光 波 长 的 一半 ， ａ ２ 即 ／ （ 采用 角耦 反射镜 ）经 电子 或光 学 细分后 ， 分辨 率可 超 ， 其 出 ａ２ ／ 。在 惠普 公 司生产 的双 频激 光 干 涉 系统 中。 电气 误 差等 于最小 分辩 计 数 的不 确 定 度 ， 电气 误 差 等 于测 即