[发明专利]一种双干涉仪的空气折射率廓线的测量系统及方法

说明书

本发明公开一种双干涉仪的空气折射率廓线的测量系统及方法，系统包括激光器、光纤分束器、参考干涉仪、测量干涉仪、数据采集卡和计算机；激光器输出的调谐激光通过光纤分束器分成两束，一束激光通过第一光纤准直器后，进入参考干涉仪形成干涉，参考干涉仪的干涉信号由第一光电探测器进行接收；另一束激光通过第二光纤准直器后，进入测量干涉仪形成干涉，测量干涉仪的干涉信号由第二光电探测器进行接收；第一光电探测器和第二光电探测器通过数据采集卡连接计算机。本发明可以直接测量路径上空气折射率廓线，扩大了空气折射率的测量范围，降低了测量成本，提高了系统的测量精度和鲁棒性。

技术领域

本发明属于精密激光干涉测量领域，具体涉及一种双干涉仪的空气折射率廓线的测量系统及方法。

背景技术

在重大装备制造、装配过程中，激光干涉测量方法与仪器已广泛应用于各类大型零部件在线精密测量、跟踪定位。对于激光干涉测量，空气折射率是影响测量精度的一个重要制约因素。

传统的空气折射率测量方法可分为间接测量法与直接测量法。间接测量法是在测量路径中设置一系列的温度、空气压强、湿度、CO₂成分等环境参数传感器，代入Edlen经验公式或相关的修正公式间接计算空气折射率。这种计算得到的空气折射率不确定度主要取决于各环境参量的测量精度。而且，这种间接计算空气折射率的方法需要保证整个测量路径中环境参数分布均匀且变化缓慢。与此类似，目前研究的直接测量空气折射率的方法，如多波长干涉法、瑞利干涉发、真空腔标准具方法等。这类方法通常以真空中的折射率作为标准，通过测量光束在经过真空和空气光路时的光程差所产生的干涉条纹数，来获得空气折射率。然而，这类方法主要解决空间某一局部空气折射率的测量问题，且测量装置结构复杂，成本较高，不利于工业现场的推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空气折射率廓线的测量系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。本发明能够实时的测量光束路径上的空气折射率序列，并以此拟合测量光束路径上的空气折射率空间分布。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种双干涉仪的空气折射率廓线的测量系统，包括激光器、光纤分束器、参考干涉仪、测量干涉仪、数据采集卡和计算机；

激光器输出的调谐激光通过光纤分束器分成两束，一束激光通过第一光纤准直器后，进入参考干涉仪形成干涉，参考干涉仪的干涉信号由第一光电探测器进行接收；另一束激光通过第二光纤准直器后，进入测量干涉仪形成干涉，测量干涉仪的干涉信号由第二光电探测器进行接收；

第一光电探测器和第二光电探测器通过数据采集卡连接计算机。

进一步的，激光器采用可调谐外腔半导体激光器。

进一步的，参考干涉仪由第一分光镜、第一参考反射棱镜第一目标反射棱镜组成；参考干涉仪用笼式框架进行固定，并置于环境稳定的密封腔内。

进一步的，密封腔内设有温度、湿度、压力传感器。

进一步的，测量干涉仪由第二分光镜、第二参考反射棱镜和第二目标反射棱镜组成；测量干涉仪的第二目标反射棱镜能够沿着测量路径来回移动。

一种双干涉仪的空气折射率廓线的测量方法，包括以下步骤：

首先，将参考干涉仪放置于一个环境稳定的密封腔内，并且在密封腔内内置一个温度、湿度、压力传感器，将测量干涉仪放置于待测路径上；