[发明专利]基于调焦清晰度评价函数的激光频率扫描干涉仪色散相位补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分辨率激光频率扫描干涉仪色散补偿方法。

背景技术

激光频率扫描干涉仪在工业零件测量、飞行器表面加工、物体三维形貌建模等领域发挥着重要作用。随着生产的发展，对更高分辨率的频率扫描干涉仪提出了要求。提高测量分辨率的关键是增大扫频带宽，然而，随着扫频带宽的增加，用于校正测量信号拍频非线性的辅助干涉仪光纤色散随之增大，测量信号经辅助干涉仪校正非线性后，导致目标频谱发生展宽，降低了测量分辨率。因此，辅助干涉仪光纤色散对测量信号的影响需要进行补偿。

发明内容

本发明是要解决现有方法测量分辨率低并且对测量信号的影响需要进行补偿的问题，而提供了基于调焦清晰度评价函数的激光频率扫描干涉仪色散相位补偿方法。

基于调焦清晰度评价函数的激光频率扫描干涉仪色散相位补偿方法，其特征在于它按以下步骤实现：

(一)建立高分辨率激光频率扫描干涉仪光纤色散条件下的测量信号拍频模型；

(二)采用相位法对测量信号拍频模型的光纤色散进行补偿：

(1)将测量信号乘以复相位补偿项，通过调节色散补偿系数补偿测量信号中的色散相位畸变，当测量信号的色散相位畸变得到补偿时，信号的频谱半高全宽将变窄；

(2)提出调焦清晰度评价函数作为判断测量信号拍频模型的相位畸变是否得到补偿的标准；

(3)采用三分法寻找最佳色散补偿系数对激光频率扫描干涉仪光纤色散进行补偿。

发明效果：对距离2.44m处的高度差为200μm的台阶进行测量，色散补偿前目标峰值产生伪峰，且无法分辨该高度差。采用本方案补偿后，目标峰值清晰可辨，且测得高度差为201.1μm，与实际值相比误差为1.1μm，实现了大尺寸高分辨率测量。

附图说明

图1是激光频率扫描干涉仪测量系统图；

图2是频率采样法校正测量信号拍频非线性过程；其中，(a)测量路拍信号，(b)辅助干涉仪拍信号(触发信号)；

图3(a)是经校正非线性后的测量信号(采样后信号)；(b)采样后信号的Fourier变换频谱图；

图4是考虑光纤色散情况下的辅助干涉仪拍频；

图5是考虑辅助干涉仪光纤色散情况下的频率采样法；其中(a)测量路拍信号，(b)辅助干涉仪拍信号(触发信号)；

图6是经校正非线性后的测量信号(采样后信号)；其中，(a)采样后信号时域图，(b)采样后信号的Fourier变换频谱图；

图7是测量信号谱峰轮廓随S值的变化过程；

图8是补偿系数与S值的变化关系；

图9是三步法寻找最佳补偿系数的原理；

图10是单目标情况下，对目标峰值的补偿；其中，(a)补偿前；(b)S＝691230638；(c)S＝719881503；(d)S＝673929306；

图11是两个目标情况下，对目标峰值的补偿；其中，(a)补偿前；(b)S＝9.8126×10¹⁵；(c)S＝1.0279×10¹⁶；(d)S＝1.0151×10¹⁶。

具体实施方式

具体实施方式一：基于调焦清晰度评价函数的色散相位补偿方法，它按以下步骤实现：

(三)建立高分辨率激光频率扫描干涉仪光纤色散条件下的测量信号拍频模型；

(四)采用相位法对测量信号拍频模型的光纤色散进行补偿：

(1)将测量信号乘以复相位补偿项，通过调节色散补偿系数补偿测量信号中的色散相位畸变，当测量信号的色散相位畸变得到补偿时，信号的频谱半高全宽将变窄；

(2)提出调焦清晰度评价函数作为判断测量信号拍频模型的相位畸变是否得到补偿的标准；补偿的测量信号频谱半高全宽变窄的同时，调焦清晰度评价函数的值在增大，通过比较调焦清晰度评价函数的值判断测量信号色散是否得到补偿，当调焦清晰度评价函数的值最大时，测量信号色散被完全补偿，此时，频谱最窄，测量分辨率最高；

(3)采用三分法寻找最佳色散补偿系数对高分辨率激光频率扫描干涉仪光纤色散进行补偿。