[发明专利]基于双波长干涉的激光追踪测量系统空气折射率补偿方法

说明书

本发明公开了基于双波长干涉的激光追踪测量系统空气折射率补偿方法。该方法采用两路光源，激光器输出波长不同的两路光束，两路光束经过检偏器，并通过同一分光镜分光，一部分作为测量光射向由分光镜、偏振分光镜，猫眼，标准球，位移探测器构成的系统的追踪测量部分光路，另一部分作为参考光，经反射镜反射后在分光镜处形成各自的干涉信号。将双波长干涉补偿空气折射率的方法与激光追踪测量系统相结合，在计算距离时通过引入色散系数A来确定待测距离L，避免了在激光传输全路径上对空气折射率测量的不便，进而实现测量过程中空气折射率的自补偿。

技术领域

本发明涉及一种激光追踪测量系统空气折射率补偿方法，尤其涉及一种基于双波长干涉的激光追踪干涉测量系统全路径空气折射率实时补偿的方法。

背景技术

激光追踪测量系统是一种高精度的便携式三维坐标测量系统，用于空间几何量精密测量和动态轨迹测量。在理想的测量模型中，该系统采用理想的真空中波长作为测量基准，但绝大多数情况下在空气中测量而不是在真空中，测量基准是激光在空气中的实际波长，此时激光波长由激光真空波长与空气折射率共同决定，因此需要对该系统进行空气折射率的补偿。

常见的空气折射率补偿方法包括直接法、间接法和双色干涉法。直接法补偿空气折射率通常利用空气折射率计等仪器，在测量环境中直接现场确定空气的折射率。但由于空气折射率计结构的限制和激光追踪测量系统测量范围大的特点，直接测量法无法在全路径对激光追踪测量系统的空气折射率进行有效的实时补偿。间接法补偿空气折射率是利用Edlen或者Ciddor提出的经验公式，对温度、湿度、压力和二氧化碳等环境参数进行采集并进行计算最终得到空气折射率。对于激光追踪测量系统而言，间接法无法保证空气参数在激光传播路径上分布均匀，而且布置多个环境参数传感器较为繁琐，所以通过间接法难以在激光追踪测量系统的整个测量路径精确上对空气折射率进行实时补偿。

双波长干涉是指激光测距中实时修正空气折射率的方法。该方法通过在指定距离上，同时使用两种不同的波长λ₁和λ₂进行测量，获得位移测量值D₁和D₂，并通过引入色散系数A来对空气折射率进行补偿。色散系数A反映了波长λ₁与λ₂之间空气折射率之间的关系,其中环境参数对色散系数A造成的影响相比于在Edlen和Ciddor方程中造成的影响至少低一个数量级。在干燥空气(湿度＝0％)的情况下，色散系数A仅与波长λ₁与λ₂有关，在潮湿的空气中，只有湿度影响色散系数A，但通常测量条件下这个影响并不显著，这就意味着色散系数A在整个测量过程中可以被假定为一个常数。因此可以在不测量实时空气折射率的情况下，只需知道色散系数A在实验条件下的初始值，即使环境参数发生了变化，通过色散系数A来补偿空气折射率，并确定测量距离L。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于双波长干涉的激光追踪测量系统空气折射率补偿方法，将双波长干涉补偿空气折射率的方法与激光追踪测量系统相结合，在计算距离时通过引入色散系数A来确定待测距离L，避免了在激光传输全路径上对空气折射率测量的不便，进而实现测量过程中空气折射率的自补偿。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

采用两路光源，激光器输出波长不同的两路光束，两路光束经过检偏器，并通过同一分光镜分光，一部分作为测量光射向由分光镜、偏振分光镜，猫眼，标准球，位移探测器构成的系统的追踪测量部分光路，另一部分作为参考光，经反射镜反射后在分光镜处形成各自的干涉信号。此时可得到使用波长λ₁的位移测量值D₁与使用波长λ₂干涉得到的位移测量值D₂,所以两波长位移测量值与待测距离L有以下关系: