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淺析環(huán)境因素對激光干涉儀測量精度的影響(上)
---------------------- 關于環(huán)境因素 ----------------------
影響激光干涉儀測量精度的環(huán)境因素主要指:
1、 當前測量環(huán)境下的空氣溫度、濕度、大氣壓力,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。本文不做分析,將在下篇細述。
-------------------- 關于激光干涉儀 --------------------
激光干涉儀有單頻激光干涉儀和雙頻激光干涉儀,二者都是采用外差干涉原理,而區(qū)別在于計算公式,如下所示:
單頻激光干涉儀,線性測量的計算公式:L=Nλ/2,其中L為位移,N為干涉條紋數(shù)目,λ為激光波長。
雙頻激光干涉儀,線性測量的計算公式:
其中L為位移,t為時間,△f為由于運動而引起的頻移,λ為激光波長。
------------------ 激光波長影響分析 ------------------
結合激光干涉儀兩個線性測量的公式同時進行分析:
1、 單頻激光干涉儀,若移動半個激光波長,光電探測器將采集到明暗變化1次,干涉條紋數(shù)目則N+1,該項幾乎不會引入誤差。而雙頻激光干涉儀,△f在時間上積分的結果相當于N,同樣也幾乎不會引入誤差。
2、 兩個公式都含有激光波長λ,而λ的精度直接取決于波長的穩(wěn)定度,通常要高于線性測量精度指標一個量級,即≤0.05ppm。所以在標準空氣參數(shù)的環(huán)境條件下,理論上L的線性測量精度也應該為0.05ppm,然而通過Edlen公式可以獲知激光波長λ會受到環(huán)境因素的影響,參見表1,所以實際應用中L的線性測量精度標為0.5ppm不無道理。
表1 激光波長穩(wěn)定度和環(huán)境因素對波長的影響
影響因素 | 精度指標 | 引入誤差 (影響線性測量精度) |
激光波長穩(wěn)定度 | 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)境因素進行綜合考量,*壞的情況下將會給線性測量精度引入0.48ppm的誤差。
所以,暫且可以得出下面的結論:
1、 激光干涉儀線性測量精度主要取決于激光波長穩(wěn)定度和環(huán)境因素;
2、 單頻激光干涉儀和雙頻激光干涉儀在線性測量精度上并無本質(zhì)區(qū)別;
3、 若不考慮被測對象因素的影響,激光干涉儀在線性測量過程中,誤差主要來源是由環(huán)境因素導致的。
------------------ EC20環(huán)境補償單元 ------------------
中圖儀器SJ6000激光干涉儀配備的EC20環(huán)境補償單元,由環(huán)境補償主機(內(nèi)置濕度傳感器和氣壓傳感器)、空氣溫度傳感器和3個材料溫度傳感器組成,可實現(xiàn)對空氣溫度、濕度、大氣壓力和材料溫度的實時高精度檢測。
EC20環(huán)境補償單元在出廠前,會依照相關計量標準對各環(huán)境參量進行精確校準,通常情況下建議24個月校準一次。
在使用EC20環(huán)境補償單元過程中,在不影響測量光路和被測物體運動的前提下,建議將環(huán)境補償主機和空氣溫度探頭就近于測量光路中間處放置。至于材料溫度探頭該如何布置或應用,則需分不同的測量場合與不同的被測對象,小編將會作為激光干涉儀的測量關鍵點進行細述,欲知詳情,關注“中圖儀器”微信公眾號,且聽下回分解 。
原創(chuàng)作者:深圳市中圖儀器股份有限公司