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淺析環境因素對激光幹(gàn)涉儀(yí)測量精度的影響(上)

發布時間(jiān):2018-9-19

---------------------- 關於環境因素 ----------------------

影響(xiǎng)激光幹涉(shè)儀測量精度的環境因素主要指:

1、    當前測量環境(jìng)下的空氣(qì)溫度濕度大氣壓力(lì),影響在空氣中傳播的激光波長。

2、    被測工件溫度,影響被測對象的熱膨脹量。本文不(bú)做分析,將在下篇細述。

-------------------- 關於(yú)激光幹涉儀 --------------------

  激光幹(gàn)涉儀有(yǒu)單(dān)頻激光幹涉儀和雙頻激光幹涉儀,二(èr)者都是采用外差幹涉原理,而區別在於計算公(gōng)式,如下所示:

單頻激光幹涉儀,線性測量的計算公式:L=Nλ/2,其中L為位移,N為幹涉條紋數(shù)目(mù),λ為(wéi)激光波長。

雙頻激光幹涉儀,線性測量的計算公式(shì):

其中L為位移,t為時間,△f為由於運動(dòng)而引起的頻移,λ為激光波長(zhǎng)。

------------------ 激光波長影響分析 ------------------

結合激光幹涉(shè)儀兩個線性測量的公式同時進行分析:

1、  單頻激光幹涉儀,若移動半個激光波長,光電探測器將采集到明暗變化1次(cì),幹涉條紋數目則N+1,該項幾乎不會引入誤差。而雙頻激光幹涉儀,△f在時間(jiān)上(shàng)積分的結果(guǒ)相當於N,同樣也幾乎不會引入誤(wù)差。

2、  兩個公式都含有激(jī)光(guāng)波長λ,而λ的精度直接取決於波長的穩定度(dù),通常要(yào)高於線性測量精度指標一個量級,即≤0.05ppm。所以在標準空氣參數的環境條件下,理論上L的線性測量精度也應該為0.05ppm,然(rán)而通過Edlen公式可以獲知激光(guāng)波長λ會受到(dào)環境因素的(de)影響,參見表(biǎo)1,所以實際應用中L的(de)線性測量精度標為0.5ppm不無道(dào)理。

表1  激光波長(zhǎng)穩(wěn)定度(dù)和環境因素對波長的影響

影響因素

精度指標

引入誤差

(影響線性測量精(jīng)度)

激光波(bō)長穩定度(dù)

0.05ppm

0.05ppm

空氣溫度

±0.1℃

0.1ppm

空氣濕度

±5%RH

0.1ppm

大氣壓力

±0.1kPa

0.28ppm

綜上,對環(huán)境因素進(jìn)行綜(zōng)合考量,最壞的情況下將會給線性測量精度引入0.48ppm的誤差。

所以(yǐ),暫且可(kě)以得出下麵的結論:

1、 激光幹涉儀線性測(cè)量(liàng)精度主(zhǔ)要取決於激光波長穩定(dìng)度和環境(jìng)因素;

2、 單頻激(jī)光幹涉儀和雙頻激光幹涉儀在線性測量精度上並無本質區別;

3、 若(ruò)不考慮被測(cè)對象因素的影響,激光(guāng)幹涉儀在線性測量過程中,誤差主要來源是由環(huán)境因素導致(zhì)的。

------------------ EC20環境補償單元 ------------------

  中圖儀器SJ6000激光幹涉儀配備的EC20環境補償單元,由(yóu)環境補償主機(內置濕度傳感器和氣壓傳感器)、空氣(qì)溫度傳感器和3個材(cái)料溫度傳感器組成,可實現對空氣溫度、濕度、大氣壓力和材料溫度的實時(shí)高精度檢測。

  EC20環境補償(cháng)單元在出廠前,會依照相關計量(liàng)標準對各環境參(cān)量進(jìn)行(háng)精確校準,通常(cháng)情況下(xià)建議(yì)24個月校準一次。

  在使用EC20環境補償單元過程中,在不(bú)影響測量光路和被測物體運動的前(qián)提下(xià),建議將環境補償主機和空氣溫度探頭就近於測量光路中間處放置。至於材料(liào)溫度探(tàn)頭該如(rú)何布置或應用,則需分不同的測量場合與不同的被測對象,小編將(jiāng)會作為激光幹涉儀的測量(liàng)關鍵點進行細述,欲知詳情,關注“中圖儀器”微信公眾(zhòng)號,且(qiě)聽下回分解 。 

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