一種單頻激光干涉儀非線性誤差修正方法研究

金 濤，唐一揆，樂燕芬，劉芳芳，雷李華

(1.上海理工大學 光電信息與計算機工程學院，上海 200093；2.上海市計量測試技術(shù)研究院，上海 201203)

1 引 言

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷進步，工業(yè)加工制造業(yè)和科學研究對精密測量的要求越來越高，眾多測量物理量中，長度是最基本的測量對象之一。激光干涉由于測量分辨力高，測量結(jié)果可直接溯源被廣泛應(yīng)用到長度相關(guān)的測量中[1]。然而，無論雙頻干涉儀還是單頻干涉儀均存在非線性誤差[2，3]。該誤差限制了干涉儀的測量精度，因此對非線性誤差修正和補償是激光干涉儀研究的重點和熱點。

單頻激光干涉儀非線性誤差修正的方法有很多，其中研究最多的是基于正交干涉信號的相位補償法。1981年，Heydemann首次提出了正交干涉信號的相位誤差修正模型[4]，使用最小二乘法的非線性擬合方式消除非線性誤差;Wu和Eom對單頻干涉儀非線性誤差進行了詳細的分析，非線性誤差是由光源和光學元件的性能以及干涉儀調(diào)整誤差等原因引起，反應(yīng)到信號中即為干涉信號幅度不等、相位非正交和直流偏移引起的相位計算的誤差[5];黎永前等提出了混頻諧波分析法，對兩路干涉信號進行諧波分析得到幅度比、相位差和直流偏置并進行非線性誤差修正,該方法精度高，數(shù)學運算相對復(fù)雜[6～8];盧明臻等提出了一種諧波分離的修正方法，在最小二乘法的基礎(chǔ)上，引入了傅里葉級數(shù)，進一步消除了非線性誤差中的各種諧波成分[9];胡……