[发明专利]单频激光干涉测量中一种实时相位延迟补偿方法

说明书

本发明公开了一种单频激光干涉测量中相位延迟的补偿方法，正弦相位调制干涉信号在模数转换器转换后转换为数字干涉信号，对数字干涉信号同时进行一阶正交下的混频以及差分运算，直接提取出相位延迟的一倍角正余弦值作为修正系数，用修正系数乘以非正交误差补偿模块输出的信号在进行加、减法运算就可以消除相位延迟。本发明无需对相位延迟进行解算就可以达到实时的相位延迟补偿，从而省略了复杂的求解过程，解决了在相位解调过程中因相位延迟引起的非线性误差难以实时补偿的问题，提高了相位测量精度，可以应用在激光干涉精密测量技术领域。

技术领域

本发明属于激光干涉测量技术领域的一种相位解调补偿优化方法，是一种单频激光干涉测量中相位延迟补偿方法，实时对相位延迟进行补偿。

背景技术

纳米测量技术中，正弦相位调制法具有测量精度高、测量范围大等优点，它具有光路结构简单、抗干扰能力强和动态范围大等优点，而为了有着更高的位移测量精度，对相位解调精度有着较为高的要求。而在相位解调过程中由于光路、电路传输和光检测等引起的时延Δt，从而会引入相位延迟θ，特别在高速测量中，由于相位延迟的产生，会直接影响到能否正确相位解调的值，所以在进行精密位移测量时，为了精确获得待测相位，通常将相位延迟调整为零来实现相位延迟补偿。在实际中，相位延迟存在漂移，传统的方法难以实现相位延迟的实时补偿，或者需要复杂的计算过程来计算并补偿相位延迟，并且相位延迟的求解过程会受到待测相位大小的影响。当相位延迟偏离零时，将会出现非线性误差，这限制了测相精度的提高。所以，高效地补偿相位解调算法中的相位延迟是纳米位移测量精度需要解决的关键技术问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明公开了一种单频激光干涉测量中相位延迟的补偿方法，本发明无需对相位延迟进行解算就可以达到实时的相位延迟补偿，从而省略了复杂的求解过程，解决了在相位解调过程中因相位延迟引起的非线性误差难以实时补偿的问题，提高了相位测量精度，可以应用在激光干涉精密测量技术领域。

本发明解决上述问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1、信号通过前处理模块因为电子元器件差异导致通道间延时差，因此补偿通道间延时差，从而导致出现相位延迟，非正交误差补偿模块输出一对幅值相等但是含有相位延时θ正交信号，正交信号f_m、f_r表示如下：

f_m＝Asin(ωt+θ)

f_r＝Acos(ωt+θ)

其中A表示数字干涉信号的幅值，θ表示相位延迟。

步骤2、通过测频算法实时得出两正交信号频率ω，并利用数字频率合成器DDS产生一倍频正、余弦参考信号(sin(ωt)、cos(ωt))，参考信号表示如下：

f_sin＝sin(ωt)

f_cos＝cos(ωt)

后分别于非正交误差补偿模块所产生的两正交信号利用乘法器相乘以及差分运算，获得一对仅含有相位延迟以及幅值的正、余弦信号f₁、f₂，具体计算过程如下：

f₁＝(f_m×f_cos)-(f_r×f_sin)＝Asin(θ)

f₂＝(f_r×f_cos)-(f_m×f_sin)＝Acos(θ)

从而进一步的对相位延迟进行补偿，来消除相位延迟对相位测量的影响，其特征在于方法进一步包括：