广东深圳计量检测机构天溯计量带您了解光纤激光干涉尺应用

- 2019-11-22-

目前,激光干涉法是测量精度和距离最高的测量方法,而引力波则是通过激光干涉法来证明的。光纤激光干涉仪又称光纤激光尺和光纤激光编码器。它不同于用激光测距仪计算激光往返时间测量距离的低精度测量方法。它利用激光干涉原理,对位移进行高精度测量。


中文名  : 光纤激光干涉尺


外文名 :  Fibre Optic Laser Encoder


别名 :  光纤激光尺,光纤激光编码器


功能 ; 位移、速度、加速度测量


测量类型 : 增量式测量




光纤激光干涉尺组成


光纤激光干涉仪一般由主机、光纤、激光探头和反射镜、环境补偿元件组成。

激光器主机:激光器主机包含激光光源(632.8nm的氨氖激光器)和控制计算电路。激光器主机产生一个频率非常稳定的,波长精度一般在1x10-7m到1x10-8m之间的激光,作为干涉测量的基础;控制计算电路负责处理激光探头测量的数据和环境补偿信息及输出位置信号。



光纤 : 光纤起着传导连接的作用,将主机产生的激光传导到激光探针上。由于采用光纤传输激光,可将激光与被测设备隔离,以避免主机发出的热量影响被测区域


激光探头与反射镜 : 激光探针和反射镜需要固定在相对直线上。激光探针与反射镜之间的相对运动会产生干涉条纹。激光探头采集的干涉条纹将转换成电信号输出到主机


环境补偿组件 : 当激光在空气中传播时,受温度、压力和湿度的影响,激光的波长会发生变化。激光波长的变化最终会影响测量的精度。为了减少环境因素的影响,激光波长必须根据空气中的温度、压力和湿度进行补偿。



光纤激光干涉尺工作原理


       光纤激光干涉仪是一种基于激光干涉原理的高精度位移测量方法。激光由激光尺主机产生后,通过光纤传输到激光探头。在激光探针中,分束器将激光分为两个通道,一个是参考光,另一个是测量光。激光探头发射测量光束,测量光束通过反射镜反射回激光探头,并与参考光束干涉。如果此时角锥反射器沿光路变化,则相当于测量光束光路长度的变化。根据干涉原理,参考光与被测光的相位和会发生变化,从而引起条纹间的摩擦。


      莫尔条纹经激光探头中的光电传感器采集后,转换成电信号传输到上位机。上位机根据环境补偿组件采集的环境数据实时计算光波,并最终输出位置信号。

光纤激光干涉尺技术特点


高精度测量:测量精度可达0.8ppm,百万分之0.8,测量1m的距离,精度高于0.8um。如果测量距离只有100mm,测精度高于0.08um。

高速测量:有别于高精度衍射式光栅,激光干涉测量的测量速度非常得快,可达1000mm/s以上,高于一般同精度光栅尺的300mm/s-500mm/s测量速度。

量程长:测量量程可以达到4m以上,是一般同精度光栅尺的几倍。

安装简便:对安装面无特殊要求,角锥与激光探头相对在一条直线上即可,直线度要求不高,因为激光探头有调整装置,可以很方便的将激光光束对准。

受环境影响小:环境补偿组件的使用使光线激光干涉尺相当于一个0膨胀系数的光栅尺,同时环境补偿模块中还带有材料补偿单元,可设定被测物的膨胀系数,使被测物的位移始终相当于NTP常态下的数据。

系统响应快:主机实时对环境参数与激光探头采集来的数据进行计算输出,系统相应时间低于1us,可以用作实时控制器的闭环应用中。

输出接口多样:主机输出接口包含USB接口和位置输出接口,位置输出接口有差分TTL(RS-422/EIA-422)、正余弦信号(SinCos 1Vpp)、Biss C.

余弦误差补偿:任何被测设备的测量轴与运动轴都可能存在一定的角度,这将导致测量结果产生误差,该误差为余弦误差,这个误差可以通过光纤激光干涉尺的软件进行设定和补偿。改补偿为实时补偿。


光纤激光干涉尺应用场合

1、高精度数控机床的位置反馈:如加工航空航天设备的高精度大型机床,此时就需要激光闭环来满足需求,这里的激光闭环就是指的光纤激光干涉尺作为闭环反馈。

2、高精度大型坐标测量机:大型工件测测量往往对精度和量程要求很高,同时还对温度非常敏感,光纤激光干涉尺的环境补偿组件可以对温度进行补偿,使之更合适高精度大型坐标测量机使用。

3、光刻机:光纤激光干涉尺的高精度、高抗震性能,非常适合光刻机使用。

4、普通光栅尺刻划、检验:由于光纤激光干涉尺的测量精度高出普通光栅尺一个数量级,故可以使用光纤激光干涉尺作为“母光栅”进行光栅尺的刻划、检验工作,同时光纤激光干涉尺的环境补偿功能,使光栅尺刻划的环境要求降低。这样就降低了光栅尺刻划生产线的投入成本。

5、高精度运动平台:光纤激光尺安装在高精度直线电机上,做高精度直线电机的反馈,可直接提高运动平台的控制精度。

6、其他检验检测设备:配合高精度圆光栅,可以做丝杠导程误差的检测。