[发明专利]信号传输过程中的周期性非线性误差或干扰消除法

说明书

技术领域

本发明属于信号传输领域，具体涉及一种信号传输过程中的周期性非线性误差或干扰消除法，可以应用于光学精密测量技术中的激光外差干涉（Heterodyne Interferometry)测量领域。

背景技术

以激光外差干涉测量系统为例，该系统可以用来测量位移和长度等物理量，是最好的纳米测量方法之一。该方法是将被测位移量转变到外差信号的频率或者相位变化中，再将这种变化测量出来，由于外差信号的频率比光频低得多，光电信号容易处理，可以经过电子细分而达到较高的测量分辨率，分辨率可以达到皮米（pm）或更好。

但是在光外差干涉法中普遍存在着非线性（nonlinearity）问题，这个问题也同样存在于其它种类波动的外差干涉测量中，比如普通电磁波，这些因素可以是位移测量的主要误差来源，使其精度一般只有纳米级至十几纳米，其原因是频率不同的光束不能很好的分离。这些周期性的非线性误差问题一直是该领域技术发展的障碍。

多年来国内外不断地发明一些改善的方法，但也多存在一些限制或问题，例如Badami和Pattersom使用速率计和频谱仪在移动系统中直接测量非线性误差成分并进行补偿；TaeBong Eom和Tae Young Choi等对相位信号积分后进行椭圆拟合的方法来补偿非线性误差。这些方法可以在没有其它的辅助干涉仪存在时补偿非线性误差，但系统复杂，而且需要大量的波动信号周期和相对大量的运算，影响测量的实时性。在公开号为CN101660924的中国发明专利中公布了一种新的方法，该方法可以有效地解决这个问题，但如果希望得到十分精确的结果，还需要非常精确的光学调节，这种精确光学调节通常比较困难。

发明内容

为了解决现有信号传输系统（包括激光外差干涉系统）存在的系统复杂、运算量大、实时性差、结果不精确的技术问题，本发明提供一种信号传输过程中的周期性非线性误差或干扰消除法，可以消除非线性误差或干扰的特定谐波成份，而且可以免掉相应的非电子的精密调节，如在激光外差干涉测量中可以免去消除非线性误差所需要的精密光学调节装置和精密调节过程，使这种调整变得非常容易，并使自动调整成为可能；同时大幅提高系统性能，降低成本。

首先以激光外差干涉系统为例来说明这个方法。

激光外差干涉系统测量光臂的光电探测器输出端所获得的交流信号是以异频光频差为频率的电信号，其附加的相位差与被测位移成精确的比例关系。但其中包含着所谓的非线性误差，主要分布在傅里叶频谱的一次谐波（一般情况下根据傅里叶级数性质也可叫做基频，是一种空间频率）上。本发明的方法可以消除非线性误差的基频成分；实际上本发明的方法对任意的某一频率都是有效的，并且无需对光学系统做特别的精密调节。